3 - 1 CAPITULO 3 EVALUACIN DE LA SEVERIDAD VIBRATORIA Frecuentementesehaencontradofallasenlasmquinasrotatoriascuyacausasonlas vibraciones.Estohaidoenaumentodebidoporunladoalademandademquinasque trabajen con mayores velocidades y cargas y al menor costo posible para ser competitivas en elmercado,yporotroladorequerimientosdemayortiempodeoperacincontinuaentre operacionesde mantenimiento.Enconsecuenciaparaasegurarun funcionamientocontinuo delamquinaenformasegurayconfiableestnsiendoespecificadosrequerimientos vibratorios de la mquina cada vez ms restrictivos. Debe tenerse presente que lo que realmente importa para aumentar la vida de la mquina, es disminuir el valor de las fuerzas dinmicas (y tambin estticas) actuando sobre la mquina queproducen fatigaydesgasteenlosdescansos,engranajesyotroscomponentes de ella. Como en la mayora de los casos esto es difcil, sino imposible, se evala esto a travs de las vibraciones,lascualessonsimplementeunefectosecundario.Obviamentelasvibraciones medidasenlamquinadependendelasfuerzasdinmicasqueactansobreella,pero ademsdependendelamovilidadoimpedanciamecnicadelsistema mquina/soporte(respuestavibratoriaalasfuerzasdinmicasaplicadas),lascuales dependen de la rigidez y masa de la carcasa y soportede la mquina. Parailustrarloanteriorconsidereunrotordelgadodesbalanceado.Sielrotorgiraa (rad/seg)ysudesbalanceamientoesU(Kgm),lafuerzacentrfugaqueactasobreelrotor ser: Fuerza centrfuga =U2 (N) Unamismafuerzacentrfugagenerardiferentesnivelesvibratoriosenlamquina dependiendo de su impedancia o movilidad mecnica. En un sistema soporte-mquina poco rgido podra generar, por ejemplo, valores pico de la vibracinde 6 (mm/seg), mientras que enotrosistemasoporte-mquinamsrgidopuedegenerarvaloresvibratoriospicode 0.5(mm/seg), siendo la fuerza la misma! Losestndaresqueespecificancalidaddebalanceamientoenlosrotores,porejemploISO 1940,especificanvaloreslmitesparaeldesbalanceamientoU,esdecirestnlimitandola fuerzacentrfugaqueactasobreelrotorindependientedelvalordesuvibracin.Sin embargo,estosoloesposiblecuandoelproblemaesdesbalanceamiento,debidoaqueen este caso con el uso de una masa de prueba es posible encontrar una relacin (coeficientes de influencia) entre desbalanceamiento en el rotor y vibraciones medidas en la mquina Las fuerzas dinmicas generadas por otro tipo de fallas en la mquina no es posible estimarlas y su severidad ser evaluada solo a travs de las vibraciones medidas en algunos puntos de la mquina.

Para definir la severidad de una vibracin es necesario definirla respecto al dao especfico queellapuedegenerar.Porejemplo,unvalordevibracinmedidoenunamquinacon movimientoalternativo(motorDieselocompresoralternativo)puedeserdemuybaja severidadparaeldaoqueellapuedegenerarenloselementosdelamquinamisma,sin 3 - 2 embargoesemismovalorpuedesermuyseveroodainoparaloselementosunidosala mquina,comosercaeras,fundaciones,instrumentosdemedicin.Losestndaresde severidad vibratoria en este tipo de mquinas limitan el nivel vibratorio de la mquina, no para evitar dao en la mquina misma, pues ellaspueden ser consideradas como generadores de vibraciones,sinoquelimitanlasvibracionesdelamquinaparaevitardaodelos componentesmontadosodelosconectadosaella.Otroejemplo esen mquinascomolas gras, donde el operario va montado en ella. Puede serque un nivel vibratorio medidoen la mquina no sea daino para la mquina misma, pero si para el operario que la maneja. Respecto al dao que se quiera evaluar, o de acuerdo a los objetivos para los cuales fueron confeccionados,existennumerososestndaresparalaseveridadvibratoriaovalores admisiblesparalavibracin.Algunosestndaressonpublicadosporgruposdeindustrias talescomo,AmericanPetroleumInstitute(API),AmericanGearManufacturersAssociation (AGMA),NationalElectricManufacturersAssociation(NEMA),etc.Ademashayestndares publicadospororganizacionestalescomoAmericanNationalStandardsInstitute(ANSI), Asociacin Alemana de Ingenieros (VDI) o International Standars Organization (ISO). Dentro de los estndares ms utilizados estn: - ISO 2372: Mechanical vibration of machines with operating speeds from 10to 200 rev/s. Basis for specifying evaluation standards. Este es unestndar general para mquinas rotatorias diseado para evaluar principalmente la severidad vibratoria de mquinas en el taller o en los ensayos de aceptacin de mquinas. Lasespecificacionesvibratoriasparaensayosdeaceptacindemquinasnuevaso reparadas garantizan al comprador que el equipo est estadsticamente normal o con buena salud inicial. - ISO 3945: Mechanical vibration of large rotating machines with speed range from 10 to 200 rev/seg. Measurement and evaluation of vibration severity in situ. Este estndar similar al anterior, es para un tipo ms especfico de mquinas, para mquinas rotatorias grandes es decir, sobre 300KW y est diseado para evaluar la severidad vibratoria de mquinas tomada en terreno. -ISO 2373: Mechanical vibration of certain rotating electrical machinery with shaft heights between 80 and 400 mm.- Measurement and evaluation of the vibration severity. Este estndar es aplicable a mquinas elctricas trifsicas de corriente alterna y a mquinas de corriente continua. -ISO10816:Esteestndarconsistedecincopartesbajoelttulogeneral:Mechanical vibration. Evaluation of machine vibrationby measurement on non-rotating parts. -Part 1 : General guidelines -Part 2 : Large land-based steam turbine generator setsin excess of 50 MW. -Part3:Industrialmachineswithnominalpowerabove15kWandnominalspeeds between 120 r/min and 15 000 r/min when measured in situ. -Part 4 : Gas turbine driven sets excluding aircraft derivatives. -Part 5 : Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants. -Part 6 : Reciprocating machines with power rating above 100 MW. 3 - 3 Estenuevoestndarevalalaseveridadvibratoriademquinasrotatoriasatravsde medicionesefectuadasenterrenoenpartesnogiratoriasdeellas.Envuelveyamplialos estndares citados anteriormente. -ISO7919.Esteestndarconsistedecincopartesbajoelttulogeneral:Mechanical vibrationof non-reciprocating machines . Measurements on rotatingshaftsand evaluation criteria. -Part 1 : General guidelines -Part 2 : Large land-based steam turbine generator sets -Part 3 : Coupledindustrial machines -Part 4 : Gas turbine sets. -Part 5 : Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants. Haymquinas,talescomoaqullasquetienenrotoresflexiblesmontadasendescansos hidrodinmicos,paralascualeslasmedicionesenlacajadelosdescansospuedenoser totalmenteadecuadacomocriteriodeevaluacin.Entalescasospuedesernecesario monitorear la mquina usando ms mediciones directamente al eje de los rotores. Para tales mquinas los requerimientos establecidos en ISO 7919 son complementarios a los indicados en ISO 10816. -VDI2063:Measurementandevaluationofmechanicalvibrationsofreciprocatingpiston engines and piston compressors. Esteestndarlimitalaseveridaddelasvibracionesmedidasendiferentespuntosdela superficiedelamquinaparaevitardaodeloscomponentesconectadosomontadosen ella. -ISO 8579: Acceptance code for gears Determination of mechanical vibration of gearsunits during acceptance testing. -ISO 2631: Este estndar bajo el ttulo general: Evaluation of human exposure to whole-body vibration, consta de cuatro partes: -Part 1: General requirements -Part 2: Continuous and shock-induced vibration in buildings (1 to 80Hz). -Part 3: Whole-body z axis vertical vibration (0.1 to 0.63 Hz) Esteestndarlimitalasvibracionesdelassuperficiesqueestnencontactoconelser humano.Laseveridadvibratoriaescuantificadamidiendoaceleracinvibratoriaenelrango de 1 a 80 Hz. 3 - 4 1ISO 2372:Vibraciones mecnicas de mquinas que operan con velocidades entre 10y 200 (rev/s). Bases para especificar estndares de evaluacin. 1.1Alcance Este estndar internacional define bases y reglas especficas a emplear en la evaluacin de la vibracin mecnica de mquinas que operan entre10y 200 (rev/s). Las vibraciones consideradas por este estndar para evaluar la severidad de las vibraciones son aqullas medidas en la superficie de la mquinas, sobre sus descansos o en los puntos de montaje, en el rango de frecuencias de 10 a 1000 Hz. Es claroque lasvibraciones medidas en la superficie de la mquina slo pueden proveer una indicacin de los esfuerzos vibratorios dentrodelamquina,ynonecesariamentereflejarnlosesfuerzosrealesdelaspartes crticas,nitampocoasegurarnquenoocurranexcesivosesfuerzosvibratorios,debidos por ejemplo, a resonancias locales. En particular, las vibraciones torsionales de las partes rotatorias no siempre generarn vibraciones medibles en la superficie de la mquina. 1.2Procedimiento de medicin y condiciones de operacin 1.2.1Equipos de medicin Antesderealizarlasmedicionessedebeasegurarqueelinstrumentodemedicin entregar el valor RMS de la velocidad vibratoria en el rango de frecuencias de 10 a 1000 Hz.Adems,se debe verificarqueelinstrumentoysensor devibracionessoportarnlas condiciones ambientales tales como Temperatura Campos magnticos Longitud del cable Orientacin del sensor Especialatencindebeponerseenqueelsensorestcorrectamentemontadoyquesu presencia no altere las vibraciones de la mquina. 1.2.2Puntos de medicin Hay al menos un punto en la mquina (descansos) donde es importante conocer si existe una vibracin significativa. Otro punto importante es en los pies de la mquina, es decir, en los puntos de unin a la fundacin. Las mediciones deben ser realizadas sobre cada descanso principal de la mquina, en las direccionesradiales(verticalyhorizontal)yenladireccinaxial(Fig.N1).Sedebe asegurarquelasmedidasrepresentenlavibracindelacajadelosdescansosyno incluyan una resonancia local. 1.2.3Condiciones de operacin Lasmedicionesdebenrealizarsecuandoelrotorylosdescansosprincipaleshan alcanzadosustemperaturasestacionariasdetrabajoyconlamquinafuncionandobajo 3 - 5 condicionesnominales,comovoltaje,flujo,presin,carga.Enmquinasconvelocidad variable,lasmedicionesdeberanrealizarseenlascondicionesextremas.Losvalores medidos mximos sern considerados representativos de la severidad de la vibracin. Fig. N1 Puntos de medicin 1.3Clasificacin de las mquinas En este estndar, las mquinas se clasifican segn la potencia, el tipo de montaje utilizado y el uso de la mquina. Las clasificaciones se muestran a continuacin para las mquinas que giran entre 10y 200 (rev/s). CLASE I: Mquinas pequeas con potencia menor a 15 KW. CLASE II: Mquinas de tamao mediano con potencia entre 15 y 75 KW, o mquinas rgidamente montadas hasta 300 KW. CLASE III: Mquinas grandes con potencia sobre 300 KW, montadas en soportes rgidos. CLASE IV: Mquinas grandes con potencia sobre 300 KW, montadas en soportes flexibles. CLASE V:Mquinasysistemasconductoresconfuerzasdeinerciadesbalanceadas debido al movimiento recprocode alguno de sus elementos), montadas en fundacioneslascualessonrelativamentergidasenladireccindela medicinde la vibracin. CLASEVI:Mquinasconfuerzasdeinerciadesbalanceadas,montadasenfundaciones lascualessonrelativamenteelsticasenladireccindelamedicindela vibracin,talescomoharnerosvibratorios,mquinascentrfugas,molinos, etc. Latablasiguiente(tablaN1)paralasmquinasdeclaseIaIVesapropiadaparala mayoradelasaplicacionesdeacuerdoalaexperiencia.LasmquinasdeclaseVyVI, 3 - 6 sondifcilesdeclasificarlasdebidoaqueellasvaranconsiderablementesus caractersticas vibratorias. Tabla N1: Rangos de severidad vibratoria para mquinas normales Rango de velocidadTipos de Mquinas Efectiva RMS (mm/s)Clase IClase IIClase IIIClase IV 0,18 - 0,28 0,28 - 0,45AA 0,45 - 0,71A 0,71 - 1,12BA 1,12 - 1,8B 1,8 - 2,8CB 2,8 - 4,5CB 4,5 - 7,1C 7,1 - 11,2DC 11,2 - 18DD 18 - 28D 1.3.1Soportes de la mquina a ensayar Dostiposdesoportesseutilizanparaclasificarlaseveridadvibratoria.Paraunsoporte flexible,lafrecuenciafundamentaldelsistemasoporte-mquinaesmsbajaquesu frecuencia principal de excitacin (en la mayora de los casos es la frecuencia de rotacin), es decir, mquinas que giran sobre su primera velocidad crtica. Para un soporte rgido, la frecuencia fundamental del sistema soporte-mquina es mayor que su frecuencia principal de excitacin. 1.4Evaluacin de la severidad vibratoria Basndoseenconsideracionestericasyexperienciasprcticas,sedefinecomounidad demedidaparacuantificarlaseveridadvibratoriaelvalorRMSdelavelocidaddela vibracin. Vibraciones con el mismo valor RMS de la velocidad en la banda de frecuencias de10a1000Hzseconsideraquetienenigualseveridadvibratoria.Esteestndar consideraqueseproduceuncambiosignificativoenlarespuestavibratoriacuandoesta cambiaenlarazn1:1.6,comoseapreciaenlatablaN1.Esdecir,seestimaquese produceuncambioenelnivelvibratorio,cuandolasvibracionesvaranenun60% aproximadamente. Tambin se puede observar de la tabla N1 que se produce un cambio en la condicin de la mquina cada vez que se producen dos cambios en el nivel vibratorio de la mquina( ) 56 . 2 6 . 1 * 6 . 1 = , es decir, cuando la vibracin aumenta en aproximadamente 2.5 veces. 3 - 7 1.4.1Calidad de la vibracin Lacalidaddelavibracinpermitetenerunparmetroparaevaluarcualitativamenteuna mquina dada. A: Buena B: Satisfactoria C: Insatisfactoria D: Inaceptable Debe tenerse presente que esta es una evaluacin cualitativa. Un nivel vibratorio BUENO significa que este nivel vibratorio le permitir a la mquina funcionar en el largo plazo libre deproblemas.Esdecir,lavibracinnodisminuirlavidanominalesperadaenlos componentes de la mquina. Por otro lado, un nivel vibratorio INACEPTABLE significa que la vida especificada para los elementos de la mquina disminuir significativamente. 2ISO 10816-3Vibracin Mecnica Evaluacin de mquinas por medicin en partes no rotatorias. [15 - Mayo, 1998] Parte 3:2.1Objeti vos Mquinas industriales con potencia sobre 15 kW y velocidad nominal entre120 rpm y 15000 rpm. Los criterios de vibracin provistos en este estndar se aplican a un conjunto de mquinas con potencia sobre 15 KW y velocidad entre 120 rpm y 15000 rpm. El conjunto de mquinas que cubre este estndar incluye: Turbinas a vapor con potencia hasta 50 MW Turbinas a vapor con potencia mayor que 50 MW y velocidades bajo 1500 cpm o sobre 3600 cpm Compresores rotatorios Turbinas a gas con potencia hasta 3 MW Bombas centrifugas, de flujo axial o mixto Generadores, excepto cuando son usados en plantas hidrulicas y plantas de bombeo Motores elctricos de cualquier tipo Sopladores y ventiladores NOTA: Sin embargo, el criterio presentado en esta norma generalmente es aplicable slo aventiladoresconpotenciasobre300KWuotrosventiladoresconcarcazas razonablemente rgidas las cuales no son soportadas flexiblemente. Esteestndartambinincluyemquinas,lascualespuedentenerengranajeso rodamientos, pero no est orientada a dar un diagnostico de evaluacin de los engranajes o de los rodamientos. Loscriteriossonsoloaplicableparavibracionesproducidasporlamquinamismayno para vibraciones las cuales son transmitidas a la mquina desde fuentes externas. Los criterios de evaluacin de este estndar son aplicables para: 3 - 8 Ensayos de aceptacin de mquinas Monitoreo continuo o no continuo de la condicin de operacin de las mquinas 2.2Procedimiento de medicin y condiciones de operacin. 2.2.1Instrumentos de medicin. El equipo de medicin debe ser capaz de medir vibracin RMS al menos en un rango de frecuenciade10Hza1000Hz.Dependiendodelcriteriosepuedenrequerirmediciones de desplazamiento, de velocidad o ambas. Sin embargo, para mquinas con velocidades que estn cerca o bajo 600 rpm, el lmite ms bajo del rango de frecuencia del equipo de medicin no debe ser mayor a 2 Hz. Sedebeteneruncuidadoespecialparaasegurarsequeelsistemademedicinnoes influenciable por factores ambientales como: Variaciones de temperatura Campos magnticos Campos sonoros Variaciones de la fuente de poder que lo alimenta Longitud del cable del transductor Orientacin del sensor Particularatencinsedebetenerparaasegurarquelossensoresseanmontados correctamente y que tales montajes no degraden la precisin de la medicin. 2.2.2Ubicacin de los puntos de medicin. Estanormaseaplicaamedicionesdevibracionesrealizadasenterreno,lascualesson tomadasenlacajadelosdescansosoenlacarcazadelamquinaoperandobajo condicionesdeoperacinestacionariasdentrodelrangonominaldevelocidadesde rotacin. Las mediciones se deben realizar en puntos de la mquina que sean accesibles. Se debe tenercuidadodequelasmedicionesrepresentenrazonablementealasvibraciones medidas en la caja del descanso y que no incluyen resonancias locales o amplificaciones. Las ubicaciones y direcciones de las vibraciones debern ser tales que provean adecuada sensibilidad a las fuerzas dinmicas en la mquina. Tpicamenteestorequerirtrespuntosdemedicin,dospuntosortogonalesenla direccin radial en cada descanso y un punto en la direccin axial. Las direcciones vertical yhorizontalsongeneralmenteutilizadasparamquinasmontadashorizontalmente(Fig.N2).Paramquinasmontadasverticalmenteoinclinadaslospuntosmsusados sondondelalecturadelavibracinseamxima(Fig.N3).Ladireccindelejeelstico debera ser uno de los puntos utilizados. 2.2.3Condiciones de operacin. Lasmedicionesdebenrealizarsecuandoelrotorylosdescansosprincipaleshan alcanzadosustemperaturasestacionariasdetrabajoyconlamquinafuncionandobajo 3 - 9 condicionesnominalesoespecificadas,porejemplovelocidad,voltaje,flujo,presiny carga. En mquinas con velocidad o carga variable, las mediciones deben realizarse bajo todas lascondicionesalascualesseesperaquelamquinatrabajeporperiodosprolongados detiempo.Losmximosvaloresmedidos,bajoestascondiciones,sernconsiderados representativos de la severidad de la vibracin. Si la vibracin es superior a lo que el criterio permite y se sospecha de excesiva vibracin defondo,lasmedicionessedebenrealizarconlamquinadetenidaparadeterminarel grado de influencia de la vibracin externa. Si la vibracin con la mquina detenida excede el25%delavibracinmedidaconlamquinaoperando,accionescorrectivasson necesarias para reducir el efecto de la vibracin de fondo. NOTA

: En algunos casos el efecto de la vibracin de fondo se puede anular por anlisis espectral o eliminando las fuentes externas que provocan las vibraciones de fondo. Fig. N2 Puntos de medicin 3 - 10 Fig. N3 Puntos de medicin para mquinas verticales 3 - 11 2.3Clasificacin de las mquinas. La severidad de la vibracin se clasifica conforme a los siguientes parmetros: Tipo de mquina Potencia o altura de eje Flexibilidad del sistema soportante 2.3.1Clasificacin de acuerdo al tipo de mquina, Potencia o altura de eje Las significativas diferencias en el diseo, tipos de descanso y estructuras soportantes de lamquina,requierenunaseparacindeellasendiferentesgrupos.Lasmquinasde estosgrupospuedentenerejehorizontal,verticaloinclinadoyademspuedenestar montados en soportes rgidos o flexibles. GRUPO 1: Mquinas rotatorias grandes con potencia sobre 300 KW.Mquinas elctricas con altura de eje H 315 mm. GRUPO 2: Mquinas rotatorias medianas con potencia entre 15 y 300 KW. Mquinas elctricas con altura de eje H entre 160 mm y 315 mm.

GRUPO 3: Bombas con impulsor multipaletas y con motor separado (flujo centrfugo, axial o mixto) con potencia sobre 15 KW. GRUPO 4: Bombas con impulsor multipaletas y con motor integrado (flujo centrfugo, axial o mixto) con potencia sobre 15 KW. La altura de eje H de una mquina est definida como la distancia medida entre la lnea de centro del eje y el plano basal de la mquina misma. NOTAS La altura de eje H, de una mquina sin patas o de una mquina con pies levantados ocualquiermquinavertical,sedebetomarcomolaalturadeejeHdeuna mquina horizontal en el mismo marco bsico. Cuando el soporte es desconocido, la mitad del dimetro de la mquina puede ser utilizada. 2.3.2Clasificacin segn la flexibilidad del soporte Doscondicionessonusadasparaclasificarlaflexibilidaddelsoporteenlasdirecciones especificadas: Soporte rgido Soporte flexible Silaprimerafrecuencianaturaldelsistemamquina/soporteenladireccindela medicin es mayor que su frecuencia principal de excitacin (en la mayora de los casos es la frecuencia de rotacin) en al menos un 25 %, entonces el sistema soporte puede ser consideradorgidoenesadireccin.Todoslosotrossistemassoportespuedenser considerados flexibles. 3 - 12 Enalgunoscasoselsistemasoporte-mquinapuedeserconsideradorgidoenuna direccindemedicinyflexibleenlaotradireccin.Porejemplo,laprimerafrecuencia naturalenladireccinverticalpuedeestarsobrelafrecuenciaprincipaldeexcitacin mientrasquelafrecuencianaturalhorizontalpuedeserconsiderablementemenor.Tales sistemas seran rgidos en el plano vertical y flexible en el plano horizontal. En estos casos la vibracin debe ser evaluada de acorde con la clasificacin del soporte que corresponda enladireccindelamedicin.Silaclasedelsistemamquinasoportenopuedeser determinadafcilmentedeclculosygrficos,sepuededeterminarporpruebas experimentales. 2.4Evaluacin ISO 10816 1 provee una descripcin general de dos criterios usados para la evaluacin delaseveridadvibratoriaenlosdistintostiposdemquinas.Uncriterioconsiderala magnitud de la vibracin global en un ancho de banda y el segundo criterio considera los cambios en la magnitud de la vibracin, independiente de si aumentan o decrecen. 2.4.1Criterio I : Magnitud de la vibracin Estecriteriodefinelmitesparalamagnituddelavibracinconsistenteconaceptables cargasdinmicasenlosdescansosyaceptablesvibracionestransmitidasalambientea travs de sus soportes. La mxima magnitud dela vibracin medida en cada descanso es usada para evaluar la severidad de la vibracin de acuerdo al tipo de mquina y al tipo de soporte. 2.4.1.1Zonas de evaluacin Las siguientes zonas de evaluacin son definidas para permitir una evaluacin cualitativa de una mquina dada y proveer guas sobre posibles acciones a tomar. ZONA A: La vibracin de mquinas nuevas o recientemente reacondicionadas puestas enservicio, normalmente debera estar en esta zona. ZONA B: Mquinas con vibracin en esta zona son normalmente consideradas aceptables para operar sin restriccin en un perodo largo de tiempo. ZONAC:Mquinasconvibracinenestazonasonnormalmenteconsideradas insatisfactorias para una operacin continua para un tiempo prolongado.Generalmente,estasmquinaspuedenoperarporunperiodolimitadoenesta condicinhastaquesepresenteunaoportunidadconvenientepararepararla mquina. ZONAD:Losvalores delavibracin de estazonasonconsiderados normalmentecomo suficientemente severos para causar dao a la mquina. Mayoresvaloresquelosindicadosenesteestndarrequierenqueelfabricantedela mquinaexpliquelasrazonesdeestoyenparticularconfirmequelamquinanosufrir dao operando con valores vibratorios mayores. 3 - 13 2.4.1.2Valores lmites entre las zonas de evaluacin

Los valores para los lmites de las zonas se dan en las tablas N2, N3, N4 y N5. Al usar estastablassedebetomarelvalormsaltodelavibracinmedidoenlasdirecciones radialesdecualquierdescansoylavibracinaxialeneldescansodeempuje.Sepuede utilizar el valor del desplazamiento o de la velocidad de la vibracin. Se utilizar el que sea ms restrictivo segn las tablas anteriormente mencionadas. 2.4.1.3Vibracin en bombas El criterio de evaluacin de las tablas N4 y N5 se aplica cuando se opera con el caudal nominaldelabomba.Cuandoseoperaencondicionesdiferentesalnominal,aumentan lasfuerzashidrulicasyseproducenaltasvibraciones.Estosvalorespuedenser permisiblesparacortostiemposdeoperacin,peropodrancausardaoodesgaste acelerado al trmino de largos periodos de operacin. Paralainstalacindebombas,esimportanteteneruncuidadoespecialparaevitarla resonanciaenelsistemadetuberasyfundacionesconectadasalabombaconlas componentes de vibracin a uno y dos veces la frecuencia de paso de los labes, ya que puede causar una vibracin excesiva. 2.4.2Criterio II : Cambios en la magnitud de la vibracin Este criterio evala los cambios de la magnitud de la vibracin con relacin a un valor de referencia establecido previamente. Si ocurre un cambio significativo en la magnitud de la vibracin en un ancho de banda (10 Hz a 1000 Hz) puede necesitar una accin correctiva aunquenohayaalcanzadolazonaCdelcriterio1.Estoscambiospuedenser instantneos o progresivos con el tiempo y pueden indicar un dao incipiente o alguna otra irregularidad. El criterio 2 se aplica en base al cambio de la magnitud de la vibracin que ocurre bajo la condicin de funcionamiento en estado estacionario de la mquina. Cuandoelcriterio2esaplicado,lamedicindelavibracinquesecomparasedebe tomar con el mismo sensor, en la posicin y orientacin anterior y bajo aproximadamente las mismas condiciones de operacin de la mquina. Cambios manifiestos en la magnitud delavibracinnormal,sinimportarsuvalortotal,debeserinvestigadaparaevitaruna situacin peligrosa. Cuando los cambios en la magnitud de la vibracinexceden el 25 % delvalorsuperiordelazonaBparalastablasN2,N3,N4yN5,ellosdebenser consideradossignificativos,particularmentesisonrepentinos.Deseras,sedebe diagnosticar la razn de los cambios y determinar que acciones a tomar son adecuadas. EstosvaloresseaplicanalvalorglobalRMSdelavelocidadydesplazamientovibratorio enelrangodefrecuenciasde10a1000Hzparamquinasconvelocidadderotacin sobre600cpm,oenelrangode2a1000Hzparamquinasconvelocidadderotacin bajo 600cpm. Siseesperaqueel espectrocontengacomponentesa baja frecuencia,la evaluacin debera basarse tanto en la medicin de la velocidad como del desplazamiento RMS, sino, como sucede en la mayora de los casos es suficiente con medir nicamente la velocidad vibratoria. 3 - 14 TablaN2:Clasificacindelaszonasdeseveridadvibratoriaparamquinasdel grupo 1. Desplazamiento RMSVelocidad RMSTipo de soporte mmm/sRgidoFlexible bajo 29bajo 2,3AA 29 -452,3 - 3,5B 45 - 573,5 - 4,5B 57 - 904,5 - 7,1C 90 - 1407,1 - 11,0C sobre140sobre 11,0 DD TablaN3:Clasificacindelaszonasdeseveridadvibratoriaparamquinasdel grupo 2. Desplazamiento RMSVelocidad RMSTipo de soporte mmm/sRgidoFlexible bajo 22bajo 1,4AA 22 -371,4 - 2,3B 37 - 452,3 - 2,8B 45 - 712,8 - 4,5C 71 - 1134,5 - 7,1C sobre 113 sobre 7,1DD TablaN4:Clasificacindelaszonasdeseveridadvibratoriaparamquinasdel grupo 3. Desplazamiento RMSVelocidad RMSTipo de soporte mmm/sRgidoFlexible bajo 18bajo 2,3AA 18 - 282,3 - 3,5B 28 - 363,5 - 4,5B 36 - 564,5 - 7,1C 56 - 907,1 - 11,0C sobre 90sobre 11,0 DD TablaN5:Clasificacindelaszonasdeseveridadvibratoriaparamquinasdel grupo 4. Desplazamiento RMSVelocidad RMSTipo de soporte mmm/sRgidoFlexible bajo 11bajo 1,4AA 11 -181,4 - 2,3B 18 - 222,3 - 2,8B 22 - 362,8 - 4,5C 36 - 564,5 - 7,1C sobre 56sobre 7,1DD 3 - 15 2.4.3Configuracin de valores de ALARMAS y de PARADAS 2.4.3.1Configuracin de valores de ALARMA LosvaloresdeALARMApuedenvariarconsiderablemente,haciaarribaohaciaabajo, para diferentes mquinas.Los valores elegidos son normalmente configurados relativos a un valor base (lnea base) determinado por la experiencia para la posicino direccin de la medicin para esa mquina en particular. SerecomiendaqueelvalordeALARMAseaconfiguradosobrelalneabaseenuna cantidadigualal25%dellmitesuperiorparalazonaB.Silalneabaseesbaja,la ALARMA puede estar bajo la zona C. Dondenoestestablecidaunalneabase(porejemploconunamquinanueva)la configuracininicialdelvalordeALARMAdeberabasarseseaenlaexperienciacon otras mquinas similares o en relacin con valoresde aceptacin acordados.Despus deunperododetiempo,sepodrestablecerunvalorparalalneabaseenestado estacionario y la configuracin del valor ALARMA debera ajustarse en concordancia.Se recomiendaqueelvalordeALARMAnormalmentenosobrepase1,25vecesellmite superior de la zona B. Silalneabaseenelfuncionamientoestacionariodelamquinacambia(porejemplo, despusqueunamquinahasidoreparada),laconfiguracindelvalordeALARMA debera revisarse en concordancia.

2.4.3.2Configuracin de valores de PARADA LosvaloresdePARADAgeneralmenteserelacionanconlaintegridadmecnicadela mquina y es dependiente de sus caractersticas especficas de diseo, las cual es han sidointroducidaparapermitirquelamquinaresistafuerzasdinmicasanormales.Los valores usados debern, por consiguiente,generalmente ser los mismos para todas las mquinas de diseo similar y no debera normalmente estar relacionado con el valor de la lneabase en el estado estacionario usado para la configuracin de ALARMAS. Aqu pueden haber diferencias para las mquinas de diferente diseo y no es posible dar guasclarasparavaloresabsolutosdePARADASEngeneral,elvalordePARADA estardentrodelazonaCoD,peroesrecomendadoqueelvalordePARADAno debera exceder 1,25 veces el lmite superior de la zona C. 3 - 16 3ISO 2373: Vibraciones mecnicas de ciertas mquinas rotatorias elctricas con altura de eje entre 80 mm y 400 mm. Medicin y evaluacin de la severidad vibratoria. 3.1Introduccin Las vibraciones en las mquinas elctricas son causadas por: Desbalanceamiento en las mquinas rotatorias. Ligeras deformaciones de la carcaza de la mquina o de su base, producida por ciertas atracciones magnticas entre el estator y el rotor. Rodamientos. Cargasaerodinmicasyalgunosefectossecundariostalescomoinestabilidadesdel eje en los descansos hidrodinmicos, resistencia pasiva, expansin asimtrica, etc. 3.2Campo de aplicacin Esteestndarinternacionalseaplicaamquinasdecorrientealternadetresfasesya mquinas de corriente continua con altura de ejes entre 80 mm y 400 mm. 3.3Cuantificacin de la medicin El criterio adoptado para medir la severidad de la vibracin es el valor RMS de la velocidad vibratoriaenmilmetrosporsegundoenelrangodefrecuenciade10Hza1000Hz.El mximo valor determinado en los puntos de medicin estipulados, es representativo para evaluar la severidad de la vibracin en la mquina. 3.4Equipo de medicin El equipo debe ser capaz de medir el verdadero valor RMS de la vibracin en el rango de frecuencias de 10 Hz a 1000 Hz con una exactitud de al menos 10 % del valor indicado. La sensibilidad transversal del transductor de vibracin debe ser menor que el 10 % de la sensibilidad en la direccin normal de la medicin. 3.5Montaje de la mquina La medicin de la vibracin esta directamente relacionada con el montaje de la mquina. Es entonces, en general deseable realizar las mediciones en condiciones de operacin y montajesrealesbajolascualesvaatrabajarlamquina.Sinembargo,paraestimarla calidadrespectoalbalanceamientoyalasvibracionesdelasmquinasrotatorias elctricas,esnecesariomedirsobrelamquinasolabajodeterminadascondicionesde ensayo,loscualespermitenrealizarensayosreproduciblesyproveermedidas comparables. 3 - 17 Paraasegurarensayosreproduciblesymedidascomparables,lamquinadeberaser instaladaensuspensinlibre.Estacondicinseobtienesuspendiendolamquinasobre resortes o monitorendola sobre soportes elsticos. La frecuencia natural de oscilacin del sistema suspensin-motor en los seis grados de libertad, debera ser menor que un cuarto de la frecuencia correspondiente a la velocidad de rotacin ms baja de la mquina bajo ensayo. 3.6Condiciones de medicin i.Chaveta: el extremo del eje debera tener una chaveta de tamao y longitud normal, a menosqueseespecifiqueotracosa.Lachavetadebeserlamismausadapara balancear el motor. ii.Puntos de medicin: Las mediciones se deben tomar en los descansos en la cercana al eje en tres direcciones perpendiculares. La mquina debe operar en la posicin que ocupa bajo funcionamiento normal (horizontal o vertical). Ver Fig. N4. iii.Condicionesdeoperacin:Los motoressernalimentadosconunvoltajeconstantey frecuencianominal(paracorrientealterna)ylamedicinseravelocidadnominal. Para mquinas con velocidades criticas o velocidad variable, la medicin ser a varias velocidades de operacin. Enausenciadeinstruccionescontrarias,lasmedicionesdelavelocidadvibratoria deberanrealizarsebajooperacinsincargaalatemperaturaalcanzadaporelmotor despus de un periodo suficiente de funcionamiento sin carga. 3.7Clasificacin de las mquinas elctricas La clasificacin de las mquinas elctricas y las zonas lmites se indican en la tabla N 6. Tabla N 6: Lmites recomendados de la severidad de la vibracin Mximo valor RMS de la velocidad vibratoria para alturas de eje H Grado de calidadVelocidad132 H 80 132< 225 H 225< 400 H rpmmm/sin/smm/sin/smm/sin/s N600 a 36001,80,0712,80,114,50,177 (Normal) R600 a 18000,710,0281,120,0441,80,071 (Reducido)1800 a 36001,120,0441,80,0712,80,11 S600 a 18000,450,0180,710,0281,120,044 (especial)1800 a 36000,710,0281,120,0441,80,071 3 - 18 Notas: Sinosellega aun acuerdo entre elcompradoryelvendedor,ellmitedecalidad recomendado es el grado N para mquinas elctricas normales. Unamquinadeunacalidadadecuadarespectoaestatabla,puedeexhibir,sin embargo, grandes vibraciones en servicio normal proviniendo de diferentes causas tales como fundaciones inadecuadas, reacciones de la mquina conducida, etc. En talescasossedeberealizarverificacionesnoslosobrelamquina,sinoque tambin sobre cada elemento de la instalacin. Figura N4.Puntos de medicin 4EJEMPLOS 4.1Ejemplo 1. Con este ejemplo se ilustrarn las definiciones de soportes rgidos y flexibles. La mquina es una bombade 6 aspas, con potencia de 80 KW y velocidad de rotacin de 1000cpmtienesuprimerafrecuencianaturaldevibrarverticalsoporte/mquinaa5450 cpm. El mayor valor global de las vibraciones se genera en el descanso A-V. BombaA BB-HB-VA-AA-HA-VBombaA BB-HB-VA-AA-HA-V Fig. N5.Mediciones de valores globales de la velocidad de la vi bracin Considrense dos situaciones: A)La principal componente es a 1xRPM, como se indica en fig. 6A. B)La principal componente es a 6xRPM, como se indica en fig. 6B. 3 - 19 Los espectros vibratorios se muestran a continuacin A) 1000V rms (mm/s)60000.81.25450A-V1000V rms (mm/s)60000.81.254501000V rms (mm/s)60000.81.25450A-V B) 1000 f (cpm)V rms (mm/s)60000.41.65450B-V1000 f (cpm)V rms (mm/s)60000.41.654501000 f (cpm)V rms (mm/s)60000.41.65450B-V Fig. N6. Espectros vibratorios de la bomba Lafrecuenciamarcadaenelespectroa5450cpmeslaprimerafrecuencianaturalde vibrar vertical mquina/soporte. Paralabombalafrecuenciaprincipaldeexcitacinendireccinverticalesala frecuencia de rotacin y est por debajo de la menor frecuencia natural, en ms de un 25%. Por lo tanto, se considera un soporte rgido en la direccin vertical. CASO A). Para la bomba la frecuencia principal de excitacin en direccin vertical es la frecuencia depasodelosalabesyesmayorquelamenorfrecuencianatural,porlotanto,se considera un soporte flexible en la direccin vertical. CASO B). 4.2Ejemplo 2. Se tiene un ventilador de 8 labes girando a 1000 rpm. Su potencia es de 350kW y est montado sobre soportes rgidos. AlmedirvibracionesenlacajadelosdescansosseobtuvoelespectrovibratorioRMS mostrado en Fig. N7, correspondiente al descanso y direccin en el que se registro el mayor valor de la vibracin global. Fig. N7. Espectro vibratorio de un ventilador de 8 labes 3 - 20 Lascomponentesa1000rpmya8000rpmcorrespondenavibracionesprovenientesdela mquina,quesonproductodeldesbalanceamientoresidualyalpasodeloslabes respectivamente.Lasotrascomponentesprovienendeotrasfuentes.ElvalorRMSdela velocidad de la vibracin del espectro promediado es el siguiente: 262524232221 RMS RMS RMS RMS RMS RMS RMSV V V V V V V + + + + + = s mm VRMS/ 446 . 8 7 . 1 2 4 3 8 . 3 52 2 2 2 2 2= + + + + + = S se usara este valor para evaluar la severidad vibratoria, se obtendra de la Tabla N1:D=INACEPTABLE. Sinembargo,elvalorRMSdelavelocidad delavibracin proveniente de la mquina es solamente: 2421 RMS RMS RMSV V V + = s mm VRMS/ 403 . 6 4 52 2= + = Este es el valor con que se debe evaluar la severidad vibratoria de acuerdo a ISO-2372. Con este valor se obtiene de la Tabla N1, que la severidad de la vibracin es :C = INSATISFACTORIA. Sepuedeobservarunadiferenciade2.043mm/sentreelvalorRMSprovenientedela mquinayelvalorRMSprovenientedelavibracintotal.Estadiferenciasedebeala influencia de la vibracin proveniente de otras fuentes. 4.3Ejemplo 3. Unventilador de8 labesgiraa1200cpm. La primera frecuencia naturaldevibrardela mquina/soporteesde400Hz.Supotenciaesde40KW.Lasmayoresvibracionesse generan en el descanso A-H cuyo espectro se muestra en Fig. N8. Fig. N8. Espectro de ventilador de 8 labes, girando a 1200 cpm. 0.8 1.5 3 - 21 Conlapotenciaseestablecequelamquinapertenecealgrupo2,deacuerdoconla norma ISO-10816. Las componentes estn dentro del rango de frecuencias de 10 a 1000 Hz,porlotanto,elparmetroparaevaluarlaseveridadvibratoriaeselvalorRMSdela velocidad de la vibracin. El valor global de la vibracin es: s mm VRMS/ 7 . 1 5 . 1 8 . 02 2= + = Con este valor y con el tipo de soporte rgido se entra a la Tabla N3. La mquina est en la zona B, y se considera ACEPTABLE para operar sin restriccin de tiempo. 4.4Ejemplo 4. Setienelamismamquinaanteriorperogirandoa120cpm.Lamayorvibracinquese obtiene en el descanso A-H tiene el siguiente espectro mostrado en Fig. N9. Fig. N9. Espectro de ventilador girando a 120 cpm. Conlapotenciaseestablecequelamquinapertenecealgrupo2.Lascomponentes estn dentro del rango de frecuencias de 2 a 1000 Hz y el parmetro a utilizar para evaluar laseveridaddelavibracinpuedeser,lavelocidadRMSoeldesplazamientoRMS.Se ocupar el que sea ms restrictivo. El valor global de la velocidad RMS, es el siguiente s mm VRMS/ 7 . 1 5 . 1 8 . 02 2= + =(8) ParaobtenerelvalorglobaldeldesplazamientoRMS,sedebeconocerelespectrodel desplazamiento RMS, para ello se debe realizar la siguiente transformacin ms rads mmDRMS 7 . 63) / ( 56 . 12) / ( 8 . 01= =(9) ms rads mmDRMS 9 . 14) / ( 5 . 100) / ( 5 . 12= = (10) En el espectro se tiene (Fig. N10). 0.8 1.5 0.8 1.5 162 3 - 22 Fig. N10 El valor global del desplazamiento RMS, es el siguiente m DRMS 4 . 65 9 . 14 7 . 632 2= + =(11) Con el valor global de la velocidad RMS y el tipo de soporte rgido se entra a la tabla N3. LamquinaestaenlazonaB,yseconsideraACEPTABLEparaoperarsinrestriccin. Con el valor global del desplazamiento RMS y el tipo de soporte rgido se entra a la tabla N3.LamquinaestaenlazonaC,yseconsideraINSATISFACTORIAparauna operacin continua para un tiempo prolongado. ElvalorglobaldeldesplazamientoRMSesmsrestrictivo,porlotanto,laseveridaddela vibracin de la mquina es considerada insatisfactoria para trabajar un tiempo prolongado. Este capitulo ha sido realizado por el Dr. Pedro Saavedra, con la colaboracin deM.Sc. Edgar Estupian. Laboratorio de Vibraciones Mecnicas,Universidad de Concepcin. Consultas, referirse a: Pedro Saavedra G. psaavedr@udec.cl Edgar Estupian P.eestupin@uta.cl 0.8 1.5 14.9 63.7 162