Holgura rotativa y sus etapas analizadas con la forma de onda de aceleración

En este artículo se analiza el desajuste progresivo de un manguito de fijación y un rodamiento de rodillos a rótula, el cual genera frecuencias diferentes según el grado de desajuste del rodamiento y la evolución de la avería. Ademas se realiza un Análisis de Modos de Fallas y Efectos (FMEA) para determinar las causas, efecto y acciones correctivas para aumentar la disponibilidad y confiabilidad del activo.

Holgura  rotativa, desajuste de manguito de fijación y rodamiento de rodillos a rotula

El sistema a analizar consta de un motor eléctrico de inducción de 100 HP con una velocidad de 1785 CPM, acoplado a un ventilador tipo cantiliver, soportado por dos chumaceras, un lado acople y otro lado libre, se analiza el aumento de la amplitud de la vibración en relación a la progresión de la holgura rotativa que va presentando el rodamiento en operación.

Primera etapa holgura rotativa

Espectro de vibración, valor global, 0.13ips (0-Pk

Espectro de Vibración: En espectro de vibración se puede observar que la la amplitud de la vibración es aceptable, sin embargo, existe una ligera pronunciación de la frecuencias 2x y 3x.

Forma de onda de aceleración, valor global, 0.32 G´s (Rms)

Forma de onda de aceleración: En la forma de onda se observa una amplitud Rms moderada, el ventilador es operado a compuerta regulada, aumentando el ruido del flujo del aire, en el rodamiento no se percibe alguna anomalía.

Segunda etapa holgura rotativa

Luego de algunos días de operación, se da seguimiento a la vibración de la chumacera lado libre, la cual se mantiene en valores de amplitud aceptable, la temperatura paso de ser 55 °C a 65 °C, En el espectro de vibración se pueden observar aparición de armónicos de la frecuencia fundamental 1X, 2X, 3X y 4X, lo cual confirma la presencia de holguras rotativas, hasta el momento aceptables determinadas por la amplitud de la vibración.

Espectro de vibración, valor global, 0.12 ips (0-Pk)

Forma de onda de vibración, valor global, 0.26 G’s (Rms)

Forma de onda de aceleración : La forma de onda de aceleración muestran impactos a un periodo no definido pero con alto factor de cresta [F.C.=1.47/0.26= 5.6, Valor ideal (1.42).

Tercera etapa holgura rotativa

En esta etapa la holgura rotativa ya es mas evidente, la amplitud de la vibración es mas alta y por lo tanto en el espectro de vibración se pasa de observar múltiplos de la frecuencia  fundamental de rotación (1X, 2X, 3X…) a tener submúltiplos de la frecuencia fundamental de la rotación (0.5X, 1X, 1.5X, 2.0X, 2.5X). la temperatura aumenta de 70°C a 75°C.

Espectro de vibracion, valor global, 0.64 ips (0-Pk)

Forma de onda de aceleración, valor global, 0.70 G´s (

Forma de onda de aceleración : La forma de onda de aceleración muestran impactos periódicos a 0.5T nominal de la maquina, el periodo normal de la maquina es de 0.033 Seg [1/30 Hz], y los impactos registrados corresponden a 0.066 Seg [1/15Hz], el factor de cresta ha aumentado [F.C.=4.65/0.70= 6.6, Valor ideal (1.42). así como la temperatura de 75°C a 85°C.

La tolerancia en los ajustes existe en muchos componentes, los rodamientos y chumaceras deben tener cierta holgura o pre-carga, ya que se toman en cuenta algunos factores como la temperatura y la dilatación de los componentes a la hora de desarrollar el trabajo, si no tomamos en cuenta este punto podríamos provocar un efecto contraproducente en el equipo, generando calentamientos y sobre-ajustes en los elementos rodantes.

Sin embargo el desgaste forma una de los principales modos de falla en equipos que trabajan con ajustes determinados, entre ellas flechas y manguitos de fijación, muchas veces el problema no termina sustituyendo los rodamientos o manguitos si no en recuperar diámetros de flechas que han perdido su medida inicial, o seleccionar el manguito de fijación correcto, de acuerdo a la medida del eje en la sección donde se colocara el rodamiento.

Chumacera lado libre, ventilador tipo cantiliver

Hallazgos: Dentro de lo que se pudo observar al destapar la chumacera después de un paro programado, fue que el manguito de fijación se encontraba flojo, dando como ajuste en el rodamiento (0.009”), aun así cuando se realizo el ajuste del rodamiento (apriete del manguito de fijación), la pre-carga llego unicamente a (0.005”), cuando la recomendación del fabricante según tablas es de (0.003”), esto debido al desgaste de la flecha sobre la cual se monta el manguito, lo ideal seria recuperar el diámetro de la flecha y ajustar el rodamiento a lo indicado por numero de rodamiento.

Ajustar los tornillos de fijación de la tapa de la chumacera y tornillos de fijación de la chumacera al torque recomendado nos ayudara a evitar una suma de holguras a la que ya se ha detectado.

Correción del hallazgo, correción del ajuste permitido

Espectro de vibraciones, 0.24 ips (0-Pk), chumacera lado libre, ventilador tipo cantiliver

Espectro de vibraciones: una vez corregida la falta de ajuste del rodamiento, se realiza prueba en este caso el valor de la amplitud de vibración bajo de 0.62 a 0.24 ips 0-Pk, y cambiando el espectro de una holgura severa a un espectro con presencia 2X.

Forma de onda de aceleracion, después de realizar ajuste, 0.24 G´s (Rms)

Espectro de aceleración: una vez  llevando el rodamiento al ajuste permitido, se puede observar que la amplitud baja, pero aun se observan picos al periodo de rotación, posiblemente la suma de otras holguras: falta de  ajuste de la tapa y el rodamiento o falta de  ajuste del manguito  respecto a la flecha. (requiere un mantenimiento mayor programado).

Análisis de Modos de Fallas y Efectos (FMEA)  Holguras mecánicas

Escala / pesos para los elementos: Ocurrencia de Causa (O) y Gravedad del Efecto (G)

Escala / pesos para el elemento: Detección de fallo (D)

Tabla: Analisis FMEA

Después de realizar el Análisis de Modos de Fallas y Efectos (FMEA) en referencia a las Holguras mecánicas presentadas durante el seguimiento de la evolución del hallazgo en la chumacera, teniendo referencia de los modos de falla y los efectos podemos determinar acciones propuestas para mitigar el problema, si bien el desgaste se da con la operación de la maquina, podemos determinar ciertos periodos de inspección de ajustes y parámetros técnicos para mantener la disponibilidad y confiabilidad de nuestro activo.

Tabla: Tareas propuestas y acciones correctivas

Bibliografía:

Holgura rotativa y sus etapas analizadas con la forma de onda de aceleración

Vibraciones mecánicas. Casos documentados en planta Vol. 1

Autor: José Daniel Acosta Robles
Ingeniero Eléctrico, Superintendente de Mantenimiento Predictivo

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