El análisis de las vibraciones mecánicas es actualmente una técnica muy desarrollada, pero los métodos convencionales tienen sus limitaciones. Con la aparición de la medición de vibraciones basada en imágenes, el potencial para desarrollar soluciones de ingeniería ha aumentado considerablemente.
El uso de sistemas de análisis de vibraciones no sólo reduce los costes de mantenimiento, sino que también permite a técnicos e ingenieros mejorar sus conocimientos y definir automáticamente qué mejoras deben introducirse en las máquinas para que sean altamente fiables y resistentes al desgaste. Siga leyendo y descubra más sobre la metodología.
Estudio de vibraciones
El estudio de las vibraciones tiene una importancia fundamental para la ingeniería moderna, ya que a través de su uso en maquinaria y equipos es posible comprenderlas, mejorarlas y obtener ganancias sustanciales en calidad, productividad y desarrollo.
Cuando se ponen en funcionamiento equipos nuevos, se espera que tengan una larga vida útil y que presenten el menor número posible de no conformidades. Sin embargo, las deficiencias de diseño, los errores de especificación, fabricación, transporte, instalación, estado, funcionamiento y mantenimiento pueden hacer que los equipos y las instalaciones no sean fiables.
Por lo general, los fallos mecánicos derivados del funcionamiento de un equipo presentan bandas de frecuencia específicas en el espectro que están relacionadas con determinados fallos. Estas bandas son parámetros múltiplos y submúltiplos de la velocidad de funcionamiento, o excitación, del equipo. La figura 1 muestra un espectro de vibraciones dividido en bandas de frecuencia.
Figura 1: Ejemplo de espectro de frecuencias - FUENTE: BERRY, James E. - 1997.
La figura 1 muestra que las frecuencias características de los fallos mecánicos suelen estar relacionadas con los defectos del siguiente modo:
- 1 x RPM = Desequilibrio;
- 2 x RPM = Desalineación;
- 1, 2, 3, 4 y 5 x RPM = Holguras mecánicas;
- 0,5 x RPM = Excesiva fricción entre.
Es importante señalar que la mayoría de los sistemas de medición de vibraciones mecánicas utilizan acelerómetros que funcionan adecuadamente en una amplia gama de frecuencias.
Aunque pueden utilizarse en una amplia gama de situaciones, los acelerómetros suelen tener un rendimiento marginal para frecuencias inferiores a 2 hercios o 120 CPM debido a la gran cantidad de ruido generado por la transformada rápida de Fourier (FFT).
Por desgracia, la mayoría de los problemas relacionados con la resonancia en los sistemas mecánicos, los problemas de fijación de las bases y la inestabilidad estructural son problemas que se manifiestan a bajas frecuencias, normalmente por debajo de 2 Hz. En consecuencia, la correcta caracterización de estos fenómenos era incierta y a menudo incorrecta, lo que daba lugar a reparaciones costosas y poco fiables.
Análisis de los ODS
Según SCHWARZ y RICHARDSON (1999), las SAO (formas de deformación operativas) se definen generalmente como la deformación de una estructura a una frecuencia determinada. Sin embargo, una ODS puede definirse de forma más general como cualquier movimiento forzado de dos o más puntos de una estructura. De este modo, el movimiento de dos o más puntos define una forma. Así, una forma es el movimiento de un punto en relación con todos los demás. Por tanto, el movimiento es una cantidad vectorial, lo que significa que tiene asociada una localización y una dirección. Esto se define como un Grado de Libertad o GDL. En la figura 2 se muestran los seis GDL que describen el movimiento de un objeto.
Figura 2: Los seis grados de libertad (GDL) que describen el comportamiento de movimiento de un objeto - FUENTE: ZENG, 2012.
Según RICHARDSON (1997), un SAD puede definirse como cualquier movimiento forzado, ya sea en un momento del tiempo o con una frecuencia específica.
Por lo tanto, un SAD puede obtenerse a partir de diferentes tipos de respuestas en el dominio del tiempo, ya sean aleatorias, impulsivas o sinusoidales. Un SAD también puede obtenerse a partir de muchos tipos diferentes de mediciones en el dominio de la frecuencia, incluidos espectros lineales (FFT), espectros de potencia cruzada y automática, FRF( funciones derespuesta en frecuencia ), transmisibilidades y un tipo especial de medición denominada SAD FRF.
Según GANERIWALA, SCHWARZ y RICHARDSON (2009), un SAD se define generalmente como un valor de magnitud y fase para cada GDL que se mide en una máquina o estructura. Esta metodología requiere que todas las respuestas se midan simultáneamente o en condiciones que garanticen sus magnitudes y fases correctas entre sí. La medición simultánea requiere un sistema de adquisición multicanal que pueda adquirir todas las respuestas simultáneamente. Y aquí es precisamente donde la solución de procesamiento de imágenes de Kot cobra todo su sentido.
Medición de vibraciones mediante procesamiento de imágenes
Una de las opciones más prometedoras para resolver la medición de baja frecuencia y multicanal es la prueba de vibración con cámara de alta velocidad, un sistema en el que se generan pequeñas películas que miden el desplazamiento real de la estructura. Estas películas se procesan con un software específico y el resultado final son formas de onda, espectros de vibración y vídeos amplificados.
Los sistemas de medición de vibraciones por imagen se componen de lo siguiente:
- Cámara de alta velocidad para la adquisición de imágenes;
- Objetivos de cámara;
- Sistema de iluminación y soporte;
- Ordenador para la adquisición de películas y su posterior procesamiento.
Con este sistema se pueden medir los desplazamientos de las estructuras y las formas de onda generadas en determinados puntos en función de las cargas aplicadas.
Utilizando la cámara, es posible medir varios puntos simultáneamente, siempre que estén encuadrados en la misma imagen, lo que elimina la necesidad de interpolar valores. Además, no es necesario detener el equipo para instalar sensores y la medición se realiza a una distancia segura del activo.
Un ejemplo del uso de la cámara por parte de Kot puede verse en el Gif 1 a continuación.
Gif 1: Medición de la vibración en un tanque con una cámara de amplificación del movimiento - FUENTE: Kot Collection.
Por fim, como todo sistema de análise de vibrações, a análise dos dados é de fundamental importância e extremamente dependente da qualificação da equipe de analistas de vibrações. Uma solução adequada ao problema somente será possível com uma equipe treinada e capacitada. Se sua empresa tem alguma necessidade de análise de vibrações, consulte nossa equipe para mais informações!
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Referencias
BERRY, James E. Analysis I: How to Implement An Effective Condition Monitoring Programme using Vibration Analysis. Technical Associates of Charlotte, PC, 1997.
SCHWARZ, Brian J.; RICHARDSON, Mark H. Introducción a las formas de deflexión operativas. CSI Reliability Week, v. 10, p. 121-126, 1999.
ZENG, Hansong. Bio-Inspired Inertial Sensors for Human Body Motion Measurement. 2012. Tesis doctoral. Universidad Estatal de Ohio.
RICHARDSON, Mark H. et al. ¿Es una forma modal o una forma de deflexión operativa? Sound and Vibration, v. 31, n. 1, p. 54-67, 1997.
ASNAASHARI, Erfan; SINHA, Jyoti K. Operational deflection shape for crack detection in structures. En: Key Engineering Materials. Trans Tech Publications Ltd, 2013. p. 1085-1092.
GANERIWALA, Surendra N.; SCHWARZ, Brian; RICHARDSON, Mark H. Operating deflection shapes detect unbalance in rotating equipment. Sound and Vibration, v. 43, n. 5, p. 11-13, 2009.
