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Frecuencias Forzadas

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  • Yac. Ramos, Salta, Arg. Ao IV, N 28, Enero 2.007 Edicin / Public.: M. Snchez Mto. Pred / Proact. E-Mail:m [email protected]

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    N 28 Enero 2.007

    El presente documento tiene por objeto registrar y difundir internamente los casos, novedades y experiencias

    propias dentro del Mantenimiento Predictivo /Proactivo y ponerlos a disposicin del Mantenedor de Planta para

    conocimiento y discusin de causas que producen fallas.

    Prximo numero

    Actualizacin de Tecnologas

    A fines del ao anterior y continuando con un programa de actualizacin de tecnologas dentro del Mantenimiento Predictivo pudimos concluir con la instalacin del nuevo Soft para Vibraciones.

    www.clubdemantenimiento.com.ar Predictivo / Proactivo

    Frecuencias Forzadas

    El valor del anlisis de las vibraciones de maquinaria est basado en el hecho que elementos especficos en las partes rotativas de cualquier mquina producirn fuerzas en la mquina que causarn vibraciones a frecuencias especficas. Una de las ms importantes frecuencias forzadas son las RPM de la flecha, y eso proviene del hecho que cualquier rotor siempre presenta una cierta cantidad de desbalanceo residual. Esto imparte una fuerza centrfuga radial en los rodamientos y causa la vibracin de la estructura a la frecuencia fundamental o 1x. Los llamados tonos de rodamientos, que son caractersticos de cada geometra de rodamiento son fuerzas generadas por defectos en los anillos del rodamiento y en los mismos elementos de rodamientos.

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    Las frecuencias de engranaje de los engranes provienen de los impactos individuales de los dientes de un engrane unos contra otros y la frecuencia de engranaje es igual al nmero de dientes en el engrane multiplicado por las RPM del engrane. Las frecuencias de paso de aspas o de alabes son similares al engranaje y son igual al nmero de alabes en una impulsora o al nmero de aspas en un ventilador, multiplicado por las RPM. Cada frecuencia forzada va a crear un pico en el espectro de vibracin. La amplitud del pico depende de la gravedad de la condicin que lo causa. De esa manera, la frecuencia indica el tipo de problema, y la amplitud indica su gravedad.

    Suponemos que los componentes motores/engrane /ventilador tienen los nmeros de elementos siguientes:

    Componente de la Mquina

    Elementos del Componente Nmero de Elementos

    Ventilador de Enfriamientodel Motor

    Aspas de Venilador 11

    Rotor del Motor Barras del Rotor 42 Pion de activacion Dientes de Engrane 36 Engrane Activado Dientes de Engrane 100 Ventilador Aspas de Ventilador 9

    En este caso de una mquina de varias flechas, debemos considerar que las frecuencias fundamentales de las flechas del motor y del ventilador son diferentes. Suponemos que el motor est girando a 1780 RPM. Para calcular las RPM de la flecha del ventilador, primero tenemos que encontrar la proporcin de reducciones de la caja de engranes Para encontrarla, consideramos el nmero de dientes en cada engrane. Dividimos la cantidad del pin de activacin entre la cantidad del engrane activado:

    36/100 = 0.36

    Despus se multiplica esta proporcin por las RPM de la flecha del motor para encontrar las RPM de la flecha del ventilador:

    0.36 x 1780 = 640.8

    Ahora se puede decir que la frecuencia fundamental del motor es de 1780 CPM. y la frecuencia fundamental del ventilador de 640. 8 CPM.

    Si la mquina fuera completamente lineal en su respuesta, las frecuencias forzadas existiran por si mismas, pero a medida que la mquina va desarrollando holgura, y juego excesivo, su estructura se hace no lineal. La seal de vibracin que se genera en las frecuencias forzadas, especialmente en 1x, la velocidad de funcionamiento se distorsiona y provoca la aparicin de armnicos en el espectro. A medida que se incrementa el grado de no linealidad, las frecuencias forzadas interactan y causan modulacin de frecuencia y de amplitud. Esto causa la aparicin de bandas laterales en el espectro. Por estas razones, los armnicos de velocidad de funcionamiento y las bandas laterales casi siempre son una indicacin de problemas de maquinaria y su nmero y nivel son una indicacin de la gravedad del problema.

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    NUESTRO CASO DE ANALISIS

    Dos mecanismos de falla distintos, dos manifestaciones diferentes. En esta ocasin deseo compartir la experiencia ocurrida en dos equipos sopladores de iguales caractersticas constructivas y condiciones de servicio, los cuales presentaron por separado falla en los componentes rodantes con mecanismo de accin y manifestaciones diferentes.

    CASO 1: Reductor de Aero enfriador E-401-A2 Rodamiento analizado: SKF FY 2 TF

    Diagnstico: Desconchado producido por corrosin de contacto.

    El equipo bajo anlisis comprende un grupo de mquinas incluidas dentro de la ruta de monitoreo de vibracin, cuyos datos tcnicos y puntos de medicin se ven ms abajo en esquema de mquina. En este caso pudo ser observado el tipo de dao Desconchado en camino de rodadura de pista exterior.

    UNIDAD CONDUCTORA: ( MOTOR ELECTRICO )

    MARCA. WEGMODELO: 180L-0694-142437NSERIE: 150501NPOTENCIA: 30 HP @ 1.470RODAMIENTOS LADO ATAQUE: 6311-C3RODAMIENTOS LADO O/ATAQUE: 6211-Z-C3

    UNIDAD CONDUCIDA:( REDUCTOR )

    MARCA: ASTRA EVANGELISTARODAMIENTOS LADO ATAQUE: SKF FY 2 1/2 TFRODAMIENTOS LADO O/ATAQUE: SKF FY 2 1/2 TFCANT. PALAS: # 4

    ESQUEMA DE MAQUINA DE EQUIPO AEROENFRIADOR E-401-A2

    MOTOR

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    2 3

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    Desarrollo: Lo primero que llam la atencin fue un incremento sostenido en el tiempo de los valores de amplitud para el parmetro de aceleracin en el punto 4 (reductor de enfriador), segn se ve en la grfica de tendencias (fig. N1)

    (Fig N1) Grfica de tendencia valor global aceleracin punto 4 (reductor enfriador)

    La grfica de cascada para el mismo punto (Fig. N2) mostr en efecto mayor actividad en las ltimas mediciones, a baja frecuencia y con presencia de componentes de defectos de rodamientos

    (Fig N2) Grfica de cascada de aceleracin punto 4 (reductor enfriador)

    (Fig N3) Grfica de espectro de aceleracin punto 4 (reductor enfriador)

    Trnsito normal

    Inicio de la falla

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    Simultneamente, el parmetro de envolvente de aceleracin acompaaba la manifestacin de la falla desde el momento mismo de su inicio, mostrando claramente las componentes de frecuencia de falla de bolas y pista exterior. Obsrvese comportamientos similares en los incrementos del valor global y forma de espectros en cascada (Fig. N4 y 5).

    (Fig N4) Grfica de tendencia de envolvente de aceleracin punto 4 (reductor enfriador)

    (Fig N5) Grfica de cascada de envolvente de aceleracin punto 4 (reductor enfriador)

    (Fig N6) Grfica de espectro de envolvente de aceleracin punto 4 (reductor enfriador)

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    La falla se mantuvo constante en su evolucin permitiendo mediante el monitoreo peridico el tiempo suficiente para la provisin de los elementos rodantes para su reemplazo. Finalmente, antes de que esta llegara a un valor de amplitud inaceptable se programa su intervencin para realizar el cambio de los rodamientos. Las mediciones posteriores evidenciaron la normalidad en los valores de amplitud para todos los parmetros. A posterior, en nuestros talleres, se procedi al desarme del rodamiento fallado en busca de los efectos causados y determinacin de la causa raz. Pudo ser observado el tipo de dao Desconchado en el camino de rodadura del aro exterior correspondiente a la altura del rea de corrosin por contacto de la superficie exterior. El desarrollo de la corrosin ha ido acompaado de un incremento en volumen que ha conducido a la deformacin del aro de rodamiento y sobrecarga localizada. El resultado ha sido fatiga prematura y desconchado.

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    CASO 2: Reductor de Aero enfriador E-401-B2 Rodamiento analizado: SKF FY 2 TF

    Diagnstico: Giro de rodamiento en su alojamiento.

    El equipo bajo anlisis comprende un grupo de mquinas incluidas dentro de la ruta de monitoreo de vibracin, cuyos datos tcnicos y puntos de medicin se ven ms abajo en esquema de mquina. En este caso pudo ser observado el tipo de dao Giro de rodamiento en su alojamiento.

    EQUIPO E-401-B2DESCRIPCION: AEROENFRIADOR DE PROPANOUBICACION: PLANTA C

    UNIDAD CONDUCTORA: ( MOTOR ELECTRICO )

    MARCA. WEGMODELO: 180L-0694-142437NSERIE: 150504NPOTENCIA: 30 HP @ 1.470RODAMIENTOS LADO ATAQUE: 6311-C3RODAMIENTOS LADO O/ATAQUE: 6211-Z-C3

    UNIDAD CONDUCIDA:( REDUCTOR )

    MARCA: ASTRA EVANGELISTAMODELO:SERIE N:RODAMIENTOS LADO ATAQUE: SKF FY 2 1/2 TFRODAMIENTOS LADO O/ATAQUE: SKF FY 2 1/2 TFCANT. PALAS: # 4

    ESQUEMA DE MAQUINA DE EQUIPO AEROENFRIADOR E-401-B2

    MOTOR

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