¿Qué es el análisis de vibraciones y cómo puede ayudar a optimizar el mantenimiento predictivo?

El análisis de vibraciones (o monitoreo de vibraciones) es una poderosa herramienta de diagnóstico para identificar, monitorear y prevenir fallas mecánicas en maquinaria rotativa y recíproca. Es un componente esencial de los programas de mantenimiento predictivo, que permite a los técnicos detectar problemas en desarrollo en el equipamiento antes de que provoquen costosos tiempos de inactividad no planificados o fallas catastróficas.

El análisis de vibraciones, un componente de los sistemas de monitoreo de condiciones, utiliza sensores de vibración para medir las frecuencias en un activo y detectar anomalías que pueden indicar un problema. En esencia, el análisis de vibraciones es el estudio de los movimientos oscilatorios de las máquinas y sus componentes alrededor de un punto de equilibrio establecido. Estas oscilaciones pueden deberse a una serie de problemas, como desequilibrios, desalineaciones, holguras, ejes doblados y defectos de los rodamientos, entre otros.

Al medir y analizar las vibraciones de las máquinas, los técnicos pueden evaluar mejor la salud y el rendimiento del equipamiento, lo que les permite identificar problemas e implementar acciones correctivas. Y dado que los componentes giratorios y alternativos (por ejemplo, motores, compresores, bombas, etc.) tienden a vibrar con mayor intensidad y volumen a medida que envejecen, analizar los cambios en la vibración puede ayudar a los gerentes de mantenimiento a monitorear las condiciones de la máquina en tiempo real e identificar proactivamente el desgaste de los activos. y daños.

Las vibraciones son multidimensionales, por lo que las pruebas de vibraciones requieren una comprensión de varios parámetros. Los parámetros principales son la amplitud, la frecuencia y la fase:

• Laamplitud se refiere a la magnitud de la vibración, normalmente medida en unidades como desplazamiento (mils o micrómetros), velocidad (pulgadas por segundo o milímetros por segundo) o aceleración (g).
• Lafrecuencia mide el número de oscilaciones por unidad de tiempo, generalmente expresada en hercios (Hz).
• Lafase se refiere a la sincronización relativa de la forma de onda de vibración, normalmente medida en grados.

Los analizadores de vibraciones pueden utilizar estos factores, junto con otros, como la forma de onda y el contenido armónico, para identificar fallas específicas de la máquina y su gravedad. 

También hay dos tipos principales de vibraciones:

• La vibración forzada ocurre cuando se aplica una fuerza externa a un sistema, lo que hace que vibre. Los ejemplos incluyen las vibraciones producidas por un motor o bomba en funcionamiento.
• La vibración natural, también conocida como resonancia, ocurre cuando un sistema vibra a su frecuencia natural. Este tipo de vibración puede ser problemática si la frecuencia natural de la máquina coincide con la frecuencia de funcionamiento, ya que puede provocar vibraciones excesivas.

En el competitivo escenario industrial actual, asegurar el buen funcionamiento y la longevidad de su maquinaria es primordial. Seguir un proceso de análisis de vibraciones paso a paso puede ayudarle a aprovechar las vibraciones de la máquina para comprender mejor el equipamiento y el estado del sistema.

Paso 1. Recopilar datos preliminares

Para realizar un análisis de vibraciones, comience por recopilar datos sobre el equipamiento y/o la estructura que analizará. Asegúrese de identificar la ubicación y el tipo de sensores que necesitará para las mediciones de vibraciones, incluidos los rangos de amplitud y frecuencia, ya que los sensores servirán como recolectores de datos durante todo el proceso. También es importante recopilar información sobre las condiciones de funcionamiento del equipamiento, como la velocidad, la carga y la temperatura.

Paso 2. Medir las vibraciones

El siguiente paso en el proceso es medir las vibraciones de la maquinaria elegida. El análisis de vibraciones generalmente implica medir la amplitud de vibración de un activo o sistema.

En este caso, confiará en un acelerómetro conectado a sitios clave de vibración para tomar medidas. Los acelerómetros (por ejemplo, acelerómetros piezoeléctricos, sondas de proximidad, vibrómetros láser Doppler, etc.) utilizan respuestas de alta frecuencia para medir la aceleración de un objeto que vibra en tres direcciones: arriba y abajo, de lado a lado y de adelante hacia atrás. atrás.

También puede medir vibraciones utilizando sensores de velocidad y sensores de desplazamiento. Los sensores de velocidad miden la velocidad de un objeto que vibra, ofreciendo una respuesta de frecuencia media ideal para monitorear el estado general de la máquina. Los sensores de desplazamiento, por otro lado, miden el desplazamiento de un objeto que vibra, proporcionando una respuesta de baja frecuencia adecuada para detectar problemas estructurales y desequilibrios.

Paso 3. Analizar los datos

Una vez que haya recopilado todos los datos relevantes, es hora de analizarlos. La etapa de análisis requerirá el uso de algoritmos informáticos y software para identificar patrones de vibración y tendencias de datos, y deberá comparar los datos con los estándares y pautas establecidos.

Los equipos de mantenimiento pueden utilizar una variedad de técnicas para analizar los datos de vibraciones, incluidas las siguientes: 

• Análisis enel dominio del tiempo: para realizar un análisis en el dominio del tiempo, analizará la señal de vibración sin procesar a lo largo del tiempo. Los técnicos pueden extraer y evaluar datos (por ejemplo, amplitud máxima, factor de cresta, asimetría, raíz cuadrática media (RMS), etc.) de la señal directamente desde la forma de onda de tiempo. Esta técnica es útil para detectar fenómenos transitorios como impactos o sacudidas. 
• Análisis de dominio de frecuencia: mediante una operación matemática de análisis de frecuencia llamada Transformada rápida de Fourier (FFT), el análisis de dominio de frecuencia implica convertir la señal de dominio de tiempo en una señal de dominio de frecuencia. El espectro de frecuencia resultante facilita la identificación de las frecuencias específicas asociadas con fallas mecánicas.
• Análisis de envolvente: también conocido como demodulación, el análisis de envolvente se utiliza principalmente para detectar defectos de rodamientos en etapas tempranas. Implica extraer las señales de impacto de alta frecuencia generadas por los rodamientos dañados de la señal de vibración general, lo que permite a los técnicos identificar la presencia y la gravedad de las fallas de los rodamientos.
• Análisis modal: el análisis modal es una técnica más avanzada que se centra en identificar las frecuencias naturales, las formas modales y las características de amortiguación de una máquina. El estudio de estas propiedades ayuda a los analistas a evaluar el comportamiento dinámico de una máquina e identificar posibles problemas estructurales o condiciones de resonancia.

Paso 6: Interpretar los resultados

Un análisis exitoso requerirá que los analistas de vibraciones comprendan las frecuencias específicas asociadas con diversos problemas mecánicos. Algunas frecuencias de fallas comunes incluyen las siguientes:

• Frecuencia fundamental: la frecuencia a la que un componente giratorio completa una rotación completa. Las desviaciones de la frecuencia fundamental de referencia pueden ayudarle a identificar fallas específicas, como desequilibrio, desalineación y holgura.
• Armónicos: los múltiplos enteros de la frecuencia fundamental a menudo asociados con problemas de engranajes u otros eventos cíclicos.
• Bandas laterales: el resultado de la modulación de la frecuencia fundamental por otra frecuencia, como en la interacción entre una falla de rodamiento y la frecuencia de un componente giratorio. Las bandas laterales a menudo aparecen como picos simétricos alrededor de la frecuencia fundamental o sus armónicos y pueden ser indicativos de problemas de rodamientos o dientes de engranajes rotos.

Paso 5. Tome medidas correctivas

Una vez que identifique posibles problemas en la etapa de interpretación, establezca umbrales de alarma que activen una respuesta cuando las vibraciones los superen. Estos umbrales pueden basarse en estándares de la industria, datos históricos o recomendaciones del fabricante. Los tipos de umbrales de alarma más utilizados son los umbrales absolutos, los umbrales de tendencia y los umbrales estadísticos.

• Umbrales absolutos son valores fijos basados en niveles aceptables de vibración para tipos específicos de equipamiento. 
• Los umbrales de tendencia son valores dinámicos que cambian con el tiempo en función del rendimiento histórico del equipamiento. Cuando los niveles de vibración aumentan repentinamente, puede indicar un problema en desarrollo.
• Los umbrales estadísticos se derivan de análisis estadísticos de datos históricos, teniendo en cuenta la media y la desviación estándar de los niveles de vibración.

Cuando un sistema o activo supera el umbral de alarma, el gerente de mantenimiento debe tomar las medidas adecuadas para dar dirección al problema. Esto puede implicar programar el mantenimiento, ajustar los parámetros operativos o realizar más análisis para identificar la causa del problema.

La implementación del análisis de vibraciones como parte de un programa de mantenimiento predictivo ofrece numerosos beneficios:

• Detección temprana de fallas: el análisis de vibraciones puede detectar fallas en desarrollo en la maquinaria mucho antes de que sean visibles o audibles para los sentidos humanos. Estas capacidades de detección temprana ayudan a los equipos de mantenimiento a programar reparaciones o reemplazos antes de que ocurra una falla, lo que reduce el tiempo de inactividad y mejora la productividad general.
• Programación de mantenimiento mejorada: al identificar la gravedad de las fallas de las máquinas, el análisis de vibraciones permite a los equipos de mantenimiento priorizar sus esfuerzos y asignar recursos de manera más efectiva. Este enfoque específico puede generar importantes ahorros de costos y mejorar la confiabilidad de los equipamientos.
• Reducción de los costos de mantenimiento: encontrar y corregir las fallas de las máquinas antes de que provoquen fallas catastróficas puede ayudar a las organizaciones a evitar costosas reparaciones y reemplazos de equipamiento. Además, el mantenimiento predictivo basado en el análisis de vibraciones puede prolongar la vida útil de la maquinaria, reduciendo aún más los gastos de capital a largo plazo. 
• Mayor seguridad: el análisis de vibraciones puede desempeñar un papel crucial en el mantenimiento de un entorno de trabajo seguro para los empleados. Detectar y abordar de forma proactiva posibles fallas mecánicas reduce significativamente el riesgo de accidentes y lesiones en el lugar de trabajo.
• Mejora de la eficiencia energética: la maquinaria defectuosa a menudo consume más energía de la que debería, lo que aumenta los costos operativos. La rectificación de problemas mediante el análisis de vibraciones ayuda a las organizaciones a optimizar la eficiencia de los activos y reducir el consumo de energía.

La versatilidad del análisis de vibraciones lo convierte en una metodología útil en una amplia gama de industrias y equipamiento.

Las plantas de fabricación utilizan el análisis de vibraciones para monitorear el estado de los motores (incluidos los motores eléctricos), cajas de engranajes, transportadores y máquinas herramienta. Los datos de vibraciones se pueden utilizar para optimizar los procesos de producción, reducir el riesgo de fallas en el equipamiento y mejorar la eficiencia general de la planta.

En la industria automotriz, el análisis de vibraciones desempeña un papel importante en el diseño, desarrollo y prueba de componentes. El análisis de las características de vibración de los motores, las transmisiones y los sistemas de suspensión puede ayudar a los ingenieros a optimizar sus diseños para mejorar el rendimiento y la confiabilidad en el mundo real y aumentar la comodidad de los pasajeros.

En la industria aeroespacial, el análisis de vibraciones permite a los ingenieros identificar y dirigir la dirección de problemas como la vibración excesiva, la resonancia o la fatiga del material para mejorar la confiabilidad y la longevidad de los sistemas de las aeronaves. Y en el sector de Power, el análisis de vibraciones ayuda a los operadores de turbinas a monitorear el estado de las turbinas para identificar desequilibrios en las aspas, fallas en las cajas de engranajes y/o defectos en los rodamientos.

El análisis de vibraciones es una herramienta invaluable en el mundo del mantenimiento predictivo, que ofrece a las organizaciones la capacidad de detectar fallas en las máquinas desde el principio. Comprender los principios del análisis de vibraciones y utilizar software avanzado como IBM Maximo Application Suite puede ayudar a los equipos de mantenimiento a mejorar significativamente la confiabilidad, eficiencia y seguridad de sus equipos.

IBM Maximo es una plataforma integrada que ayuda a las empresas de fabricación a optimizar el rendimiento de los activos y agilizar las operaciones diarias. Con Maximo, los equipos pueden configurar medidores para observar y medir el estado de los activos y conectar esos medidores a sensores de vibración instalados en activos clave, lo que les ayuda a almacenar y acceder más fácilmente a los datos de las máquinas.

Utilizando una plataforma integrada impulsada por IA y basada en la nube,Maximo ofrece capacidades de CMMS, EAM y APM que producen análisis avanzados de datos de vibraciones y ayudan a los gerentes a tomar decisiones de mantenimiento más inteligentes y basadas en datos.

A medida que las industrias continúen evolucionando y adoptando nuevas tecnologías, el análisis de vibraciones seguirá estando a la vanguardia para mantener el estado de las máquinas y garantizar un rendimiento óptimo. Al aprovechar las características y capacidades avanzadas de IBM Maximo, las empresas pueden transformar las operaciones de mantenimiento para seguir el ritmo del panorama de fabricación en constante cambio.