Solución de problemas de vibración excesiva en equipos giratorios

1. Descripción y alcance del problema

La vibración excesiva en equipos giratorios es un problema crítico que puede provocar fallas en los equipos, riesgos para la seguridad y tiempos de inactividad significativos. Esta guía aborda síntomas como ruido anormal, desgaste de cojinetes, movimiento del eje y desalineación en bombas, compresores, turbinas y cajas de engranajes. La clasificación de gravedad es la siguiente:

• Crítico: Niveles de vibración superiores a 10 mm/s RMS, acompañados de ruido audible o movimiento visible del eje
• Mayor: niveles de vibración entre 5 y 10 mm/s RMS, con potencial para dañar los rodamientos o desgastar los componentes
• Menor: niveles de vibración inferiores a 5 mm/s RMS, sin riesgo inmediato de falla

2. Precauciones de seguridad

Utilice siempre procedimientos de bloqueo/etiquetado antes de inspeccionar o reparar equipos giratorios. Asegúrese de que el equipo esté desenergizado y aislado de todas las fuentes de energía. No retire ni reemplace componentes mientras el sistema esté bajo presión o en movimiento. Utilice el EPP adecuado, incluidos guantes, gafas de seguridad y protección auditiva. Tenga en cuenta peligros como superficies calientes, fugas de fluidos a alta presión y descargas eléctricas.

3. Herramientas de diagnóstico necesarias

4. Lista de verificación de evaluación inicial

5. Diagrama de flujo del diagnóstico sistemático

1. Mida los niveles de vibración utilizando un analizador de vibraciones. Registre los valores RMS y el espectro de frecuencia.
1. Si la vibración supera los 10 mm/s RMS, continúe con el Paso 2.
2. Si la vibración es inferior a 5 mm/s RMS, verifique si hay componentes sueltos o desalineación del acoplamiento (Paso 4).
2. Identificar componentes de frecuencia dominantes mediante análisis FFT. Determine si la frecuencia es un armónico de la frecuencia de rotación (por ejemplo, 1x, 2x, 3x).
1. Si la frecuencia 1x es dominante, considere el desequilibrio o la desalineación (Paso 3).
2. Si la frecuencia 2x es dominante, considere una desalineación o un defecto en el rodamiento (Paso 6).
3. Si predominan armónicos 3x o más, verifique si hay problemas de engrane de engranajes o defectos en los rodamientos (Paso 7).
3. Compruebe el desequilibrio del eje. Utilice un estroboscopio para observar el movimiento del eje y medir el descentramiento. Si el descentramiento excede 0,005 pulgadas, continúe con el Paso 8.
4. Inspeccione la alineación del acoplamiento utilizando una herramienta de alineación láser. Si la desalineación excede 0,002 pulgadas, continúe con el Paso 9.
5. Mida la temperatura del rodamiento usando una cámara termográfica. Si la temperatura excede los 60°C por encima de la temperatura ambiente, considere un defecto en el rodamiento (Paso 10).
6. Compruebe la resonancia. Si los niveles de vibración aumentan cuando se opera cerca de una frecuencia natural (por ejemplo, 50 a 100 Hz), considere la resonancia (Paso 11).
7. Inspeccionar la malla de engranajes. Si la frecuencia de engrane de los engranajes es dominante, verifique si hay desgaste o desalineación de los dientes (Paso 12).
8. Realizar una inspección de los rodamientos. Verifique si hay problemas de picaduras, rayaduras o lubricación. Si el estado del rodamiento es deficiente, reemplácelo (Paso 13).
9. Verificar la condición de acoplamiento. Verifique si hay desgaste, holgura o desalineación. Reemplace o realinee según sea necesario (Paso 14).
10. Confirmar resonancia. Ajuste la velocidad o agregue amortiguación para mitigar la resonancia (Paso 15).
11. Inspeccionar el estado del engranaje. Compruebe si hay desgaste, rayado o desalineación de los dientes. Reemplace o realinee según sea necesario (Paso 16).
12. Reemplace el rodamiento defectuoso. Asegúrese de que el nuevo rodamiento cumpla con los estándares ISO 15014-1. Reinstale y verifique la alineación (Paso 17).
13. Alinear ejes. Utilice la herramienta de alineación láser para garantizar el paralelismo y la concentricidad dentro de 0,002 pulgadas (Paso 18).
14. Ajuste la velocidad de funcionamiento para evitar resonancia. Si no es posible, instale amortiguadores o aisladores de vibraciones (Paso 19).
15. Reemplazar engranajes dañados. Asegúrese de que los nuevos engranajes cumplan con los estándares AGMA 2001-D04. Reinstale y verifique el mallado (Paso 20).

6. Matriz de causa de falla

7. Análisis de la causa raíz de cada falla

Desequilibrio del eje

Por qué sucede: La distribución desigual de la masa en el rotor provoca fuerza centrífuga, lo que provoca vibraciones. Las causas comunes incluyen componentes sueltos, cojinetes desgastados o eliminación irregular de material.

Cómo confirmar: Mida el descentramiento del eje con un estroboscopio. Si el descentramiento excede 0,005 pulgadas, es probable que haya desequilibrio.

Qué daño causa: Desgaste prematuro de los rodamientos, mayor tensión en los sellos y posible fractura del rotor. Si no se resuelve, puede conducir a un fracaso catastrófico.

Desalineación

Por qué sucede: La desalineación entre ejes puede ocurrir debido a una instalación incorrecta, expansión térmica o desgaste en acoplamientos o rodamientos.

Cómo confirmar: Utilice una herramienta de alineación láser para medir el paralelismo y la concentricidad. Si la desalineación excede 0,002 pulgadas, la causa principal es la desalineación.

Qué daño causa: Tensión excesiva en los rodamientos, mayor desgaste en los dientes del acoplamiento y posible flexión del eje. Puede provocar fallos prematuros de los componentes giratorios.

Defecto del rodamiento

Por qué sucede: Los defectos en los rodamientos, como picaduras, rayaduras o falta de lubricación, pueden provocar movimientos irregulares y vibraciones. La contaminación o una instalación inadecuada también pueden contribuir.

Cómo confirmar: Mida la temperatura del rodamiento con una cámara termográfica. Si la temperatura supera los 60 °C por encima de la temperatura ambiente, es probable que el rodamiento presente defectos.

Qué daño causa: Mayor fricción, ruido y desgaste en componentes adyacentes. Puede provocar que el rodamiento se agarrote o se bloquee el eje.

resonancia

Por qué sucede: La resonancia se produce cuando la velocidad de funcionamiento coincide con la frecuencia natural del sistema. Esto puede deberse a un diseño inadecuado, falta de amortiguadores o debilidades estructurales.

Cómo confirmar: Utilice el análisis FFT para identificar picos de frecuencia. Si la vibración aumenta en frecuencias específicas, la causa probable es la resonancia.

Qué daño causa: Tensión excesiva en los componentes, lo que provoca fallas por fatiga. Puede causar fallas catastróficas si no se aborda.

8. Procedimientos de resolución paso a paso

Desequilibrio del eje

1. Utilice un estroboscopio para medir el descentramiento del eje. Si el descentramiento excede 0,005 pulgadas, continúe.
2. Equilibre el eje utilizando una máquina equilibradora de precisión. Garantice una precisión de ±0,001 pulg.
3. Vuelva a instalar el eje y verifique la alineación con una herramienta láser. Asegure la concentricidad dentro de 0,002 pulg.
4. Vuelva a medir los niveles de vibración. Si la vibración es inferior a 5 mm/s RMS, el problema está resuelto.

Desalineación

1. Utilice una herramienta de alineación láser para medir el paralelismo y la concentricidad del eje.
2. Ajuste la alineación dentro de 0,002 pulgadas usando cuñas o acoplamientos ajustables.
3. Verifique la alineación volviendo a medir y asegurándose de que ningún descentramiento exceda 0,005 pulg.
4. Vuelva a medir los niveles de vibración. Si la vibración es inferior a 5 mm/s RMS, el problema está resuelto.

Defecto del rodamiento

1. Inspeccione el rodamiento en busca de signos de picaduras, rayaduras o contaminación.
2. Reemplace el rodamiento con una unidad nueva que cumpla con los estándares ISO 15014-1.
3. Vuelva a instalar el rodamiento y asegúrese de una lubricación adecuada según las especificaciones del fabricante.
4. Vuelva a medir los niveles de vibración. Si la vibración es inferior a 5 mm/s RMS, el problema está resuelto.

resonancia

1. Utilice el análisis FFT para identificar la frecuencia natural del sistema.
2. Ajuste la velocidad de funcionamiento para evitar resonancias. Si no es posible, instale amortiguadores o aisladores de vibraciones.
3. Vuelva a medir los niveles de vibración. Si la vibración es inferior a 5 mm/s RMS, el problema está resuelto.

9. Medidas preventivas

10. Repuestos y componentes

Para piezas de repuesto y componentes detallados, visite nuestro catálogo electrónico: https://www.unitecd.com/e-catalog/

11. Referencias

• ANSI/ASME B73.1-2010: Alineación del eje
• ISO 15014-1: Rodamientos
• IEEE 112-2015: Máquinas eléctricas giratorias
• NFPA 70: Código Eléctrico Nacional
• Guía de mantenimiento UNITEC-D: alineación de ejes y control de vibraciones