Análisis y diagnóstico de máquinas
El ruido y las vibraciones no solo resultan molestos: también representan emisiones de energía que indican ineficiencias en las máquinas.
El ruido y las vibraciones son indicios de problemas que pueden afectar a la fiabilidad de una máquina; por ejemplo, debido a componentes desequilibrados. Además, producen a su vez efectos nocivos que pueden llegar a causar averías en las máquinas.
Análisis de vibraciones en máquinas
Los equipos rotativos o de movimiento alternativo, como compresores, cadenas cinemáticas, motores, bombas y turbinas se componen de muchos elementos que contribuyen al patrón de sonido y vibraciones del conjunto. En este tipo de máquinas, las variaciones en las condiciones de carga y los desequilibrios provocados por las imperfecciones o irregularidades en la masa pueden generar vibraciones, con la consiguiente emisión de ruido. Para minimizar las vibraciones y optimizar la eficiencia, es preciso detectar estos fallos y desequilibrios, aunque no es posible eliminarlos por completo. Por lo tanto, cuando una máquina se integra en otra estructura —por ejemplo, cuando se instala un motor en un avión— es importante conocer las vibraciones que produce esa máquina para evitar consecuencias tales como la generación de resonancias estructurales.
Para conocer las vibraciones que genera una máquina se necesitan análisis que permitan establecer una correlación entre las lecturas de vibraciones y los procesos de la máquina. El análisis de órdenes establece una relación entre las lecturas de vibración y las revoluciones de una pieza rotativa, y mejora el conocimiento de elementos tales como cadenas cinemáticas, bombas, compresores y motores eléctricos. Es importante integrar en el análisis los parámetros internos de la máquina, como la presión del aceite o las rpm, a través de un CAN bus o de entradas auxiliares.
Monitorización del estado y mantenimiento en función del estado
Los cambios en los patrones de vibración de una máquina pueden informar sobre su estado de salud. Es más, en el caso de los equipos rotativos o de movimiento alternativo se puede optimizar el rendimiento diagnosticando y corrigiendo los problemas de vibraciones. La monitorización del estado de una máquina contribuye a evitar averías por deterioro y fatiga, maximiza el tiempo productivo y mejora la programación de los procedimientos de mantenimiento, reparación y revisión (MRO), con una mayor seguridad entre las paradas programadas.
En las máquinas rotativas y de movimiento alternativo, las variaciones en las condiciones de carga y las imperfecciones en los componentes móviles generan vibraciones (y sus sonidos asociados). Las vibraciones vienen determinadas por las propiedades estructurales de los elementos móviles y fijos de la máquina. El análisis de órdenes establece una relación entre las mediciones y las revoluciones de un elemento giratorio, y mejora el conocimiento sobre elementos tales como motores de automóviles y aeronaves, cadenas cinemáticas, bombas, compresores o motores eléctricos.
Entre las aplicaciones típicas cabe citar el análisis de maquinaria rotativa y el procesamiento de barridos de velocidad de vehículos o motores (aceleración/deceleración) con respecto a las RPM u otras magnitudes variables con el tiempo. El análisis de órdenes FFT de ancho de banda constante es el más adecuado para situaciones en las que las velocidades de barrido son relativamente pequeñas o para las velocidades de barrido rápidas en las que interesan los números de órdenes más bajos. El análisis de órdenes con tracking se recomienda para análisis de alta precisión de órdenes superiores y velocidades de barrido rápidas.
Sistema recomendado
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Las partes móviles de cualquier máquina rotativa pueden llegar a producir vibraciones molestas que, en última instancia, causan averías derivadas de las tolerancias de producción y montaje, el desgaste y la variación de cargas.
Existen distintas técnicas de diagnóstico que emplean medidas de vibraciones como indicadores, mediante las cuales es posible determinar la causa raíz del deterioro de una máquina y planificar medidas correctivas. Se trata de técnicas de diagnóstico extremadamente eficaces porque emplean de forma directa la información que contiene el patrón de vibraciones de la máquina. Este patrón —o firma— se obtiene mediante un análisis de frecuencia y tiempo de la señal de vibración, empleando un sensor que se fija a la superficie de la máquina o se coloca en su interior. Ayuda a encontrar solución a problemas dinámicos del rotor, problemas de deterioro de componentes giratorios y deficiencias estructurales.
Sistema recomendado
Health and usage monitoring systems (HUMS) are being used more frequently in monitoring critical helicopter gearboxes and also, increasingly, for gas-turbines – both in helicopters and in certain fixed-wing aircraft.
Vibration monitoring is a well-proven method for preventing catastrophic failures of rotating components, with the piezoelectric accelerometer proving to be the best sensor for these applications
HUMS accelerometers typically have very specialized performance and reliability requirements. Strict development and production standards such as AS/EN 9100 and environmental standards, such as DO-160 ‘Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment’ must be adhered to, together with aircraft specific requirements.
Suggested system
Brüel & Kjær supplies a range of HUMS and engine-monitoring accelerometers, whose design is focused on guaranteeing a highly robust and highly reliable sensor. Sensors must operate continuously in demanding environmental conditions yet be sensitive enough to be able to detect incipient bearing and gear failures. Size and ease of mounting are equally important considerations for these applications.
Airframers face stringent requirements to reduce fuel burn, environmental emissions and engine noise, drawing engine performance into central focus. Gas turbines are highly complex machines that need comprehensive testing and analysis during development in order to understand and optimize their dynamic behaviour. Engine testing takes considerable resources. With huge engine test facilities, data acquisition requirements and many involved staff, each test is a large operation with tight schedules and test commitments.
Brüel & Kjær’s gas-turbine test systems provide high-performance, scalable platforms for dynamic data recording, real-time monitoring, and post-analysis.
System suggestion
This LAN-XI-based system provides data recording for hundreds of dynamic channels, highly detailed real-time monitoring of test data, and the capability to share data for post-test analysis. Real-time analysis and alarm information from monitoring stations ensure data validity.
Highly scalable and easily transportable, this system can be combined for high-capacity centralized data-acquisition or split into smaller mobile systems for easy transport.
BK Connect data processing provides post-analysis functions supporting a wide range of formats for import from, and export to, native and third-party systems.
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