El análisis de vibraciones es una de las técnicas más utilizadas en el monitoreo de condición de diferentes industrias. Sin embargo, para aprovechar su potencial, es crucial entender qué modos de falla puedes identificar a través del diagnóstico de vibraciones.
A continuación, exploramos los principales problemas que el análisis vibracional puede identificar en equipos rotativos:
1. Motores de corriente alterna
Excentricidad del estator
La excentricidad del estator es un problema que surge cuando hay una irregularidad en el entrehierro (espacio entre el rotor y el estator), generando vibraciones direccionales y afectando el rendimiento del motor.
Principales consecuencias:
- Vibraciones anormales que empeoran con el tiempo.
- Desgaste acelerado de componentes debido a la irregularidad del entrehierro.
- Riesgo de daños mayores si la excentricidad supera los límites tolerables (5% en motores de inducción, 10% en sincrónicos).
Excentricidad del rotor
La excentricidad del rotor ocurre cuando el rotor no gira de forma concéntrica dentro del estator, creando un entrehierro variable que genera vibraciones pulsantes y desgaste irregular. Esto puede traer las siguientes consecuencias:
- Vibraciones anormales, que aumentan con el tiempo y pueden dañar rodamientos y otros componentes.
- Mayor estrés electromagnético, reduciendo la eficiencia del motor.
- Desgaste acelerado del estator y el rotor debido al contacto irregular.
Otros modos de falla en el rotor
Otras fallas que se pueden identificar en el rotor son las siguientes:
- Barras del rotor rotas o agrietadas: Defectos en las barras de cobre o aluminio del rotor.
- Anillos de cortocircuito dañados: Fisuras o malas conexiones entre barras y anillos.
- Laminaciones en cortocircuito: Fallas en el núcleo magnético del rotor.
- Uniones defectuosas: Conexiones flojas o desgastadas entre barras y anillos.
Problemas de fase
Los problemas de fase en motores eléctricos ocurren cuando existen irregularidades en el suministro de energía, generalmente causadas por conexiones defectuosas o desbalanceadas. Este fallo genera vibraciones excesivas y un funcionamiento inestable del motor, afectando su rendimiento y vida útil.
Pata coja
La «pata coja» ocurre cuando un soporte del motor pierde contacto con la base (por holgura en pernos, deformación o asentamiento desigual), generando una distribución desbalanceada de cargas. Esta condición mecánica afecta la estabilidad estructural del equipo.
2. Cajas reductoras
Desgaste de dientes
El desgaste de dientes en engranajes es un deterioro progresivo de las superficies dentadas, causado principalmente por fricción, falta de lubricación, sobrecargas o contaminación. Este problema altera el acoplamiento entre los dientes, generando patrones de vibración característicos y ruidos anormales.
Excentricidad de engranajes y backlash inadecuado
La excentricidad en engranajes ocurre cuando las ruedas dentadas no giran concéntricamente respecto a su eje, mientras que el backlash inapropiado se refiere a un juego excesivo o insuficiente entre los dientes acoplados. Ambos problemas generan un contacto irregular entre los engranajes, provocando vibraciones y ruidos anómalos. Principales consecuencias de esta falla:
- Vibraciones elevadas: Especialmente en frecuencias relacionadas con la rotación de los engranajes.
- Ruidos anormales: Golpeteos o chirridos durante la operación.
- Desgaste acelerado: Daño prematuro en dientes y cojinetes debido al contacto irregular.
- Reducción de eficiencia: Pérdida de energía y mayor consumo eléctrico.
Desalineamiento del engranaje
El desalineamiento en engranajes ocurre cuando las ruedas dentadas no están correctamente posicionadas entre sí, ya sea por errores de montaje, deformaciones en los ejes o desgaste de componentes. Este problema genera un contacto desigual entre los dientes, provocando fuerzas y vibraciones anómalas. Este problema trae como consecuencia:
- Vibraciones excesivas
- Degaste desigual de los dientes
- Mayor consumo energetico
- Daños a otros componentes como sellos y rodamientos
Diente roto del engranaje
Un diente roto o agrietado en un engranaje genera impactos violentos cada vez que la zona dañada entra en contacto con los dientes del engranaje acoplado. Esta falla es mecánica y se produce por fatiga del material, sobrecargas o defectos de fabricación.
Problema de fase de ensamblaje en el engranaje
Los problemas de fase de ensamblaje (GAPF) ocurren cuando existe un patrón repetitivo de contacto desigual entre los dientes de los engranajes acoplados, generado por errores de fabricación, desgaste selectivo o contaminación en el lubricante. Este fenómeno crea un desgaste concentrado en ciertos dientes, comprometiendo la integridad del sistema.
Frecuencia de encuentro de dientes
La Frecuencia de Encuentro de Dientes (o Hunting Tooth) ocurre cuando imperfecciones en los dientes del engranaje y el piñón coinciden periódicamente durante su acoplamiento. Este problema surge por errores de fabricación o desgaste desigual, generando un patrón repetitivo de contacto defectuoso.
Soltura en el alojamiento de un rodamiento
La soltura excesiva en el alojamiento de rodamientos ocurre cuando hay desgaste en los rodamientos o su soporte, generando holguras mecánicas que permiten movimiento no deseado del eje. Este problema compromete la estabilidad del engranaje y su acoplamiento.
3. Bombas centrífugas
Paso de alabes
La Frecuencia de Paso de Álabes (BPF) se convierte en problema cuando existen irregularidades en el flujo hidráulico o desequilibrios mecánicos en el rotor. Esta condición se manifiesta cuando los álabes del impulsor interactúan de manera desigual con los componentes estacionarios.
Cavitación
La cavitación ocurre cuando la presión de succión es insuficiente, causando la formación y colapso violento de burbujas de vapor en el líquido. Este fenómeno genera fuerzas destructivas localizadas, especialmente en el impulsor y los álabes de la bomba.
4. Ventiladores centrífugos
Desbalance
El desbalance ocurre cuando la masa del rotor del ventilador no está distribuida uniformemente, generando fuerzas centrífugas desiguales durante la rotación. Es una de las fallas más comunes en equipos rotativos y puede agravarse rápidamente si no se corrige. Las causas principales de este modo de falla pueden ser:
- Acumulación de suciedad: Polvo, grasa o material particulado adherido a las aspas.
- Daños físicos: Aspas dobladas, fracturadas o erosionadas.
- Error de montaje: Piezas mal instaladas o componentes faltantes.
- Pérdida de material: Corrosión o desgaste desigual en las aspas.
Turbulencia de flujo
La turbulencia de flujo ocurre cuando existen irregularidades en la presión o velocidad del aire que circula a través del ventilador o sus ductos conexos. Estas variaciones generan inestabilidad en el flujo, provocando vibraciones características y afectando el rendimiento del equipo.
5. Equipos con transmisiones de acople directo
Desalineamiento angular
El desalineamiento angular ocurre cuando los ejes acoplados no están alineados correctamente en sus ángulos, generando fuerzas desiguales durante la rotación. Esta condición es común en sistemas mecánicos con acoplamientos rígidos o flexibles mal instalados.
Desalineamiento paralelo
El desalineamiento paralelo ocurre cuando los ejes acoplados están desplazados lateralmente (en paralelo), pero mantienen su paralelismo. Esta condición genera fuerzas radiales desiguales durante la rotación, afectando principalmente la dirección radial de vibración.
6. Equipos con transmisión de poleas
Desgaste o soltura de fajas
El desgaste de fajas en sistemas de transmisión por poleas ocurre por deterioro normal, tensión inadecuada o desalineación, generando pérdida de eficiencia en la transferencia de potencia entre poleas.
Desalineamiento de poleas
El desalineamiento de poleas ocurre cuando los ejes de las poleas motriz y conducida no se encuentran paralelos o están desviados angularmente, generando fuerzas desiguales durante la transmisión de potencia.
Polea excéntrica
La excentricidad en poleas ocurre cuando el centro de rotación no coincide con el centro geométrico de la polea, generando un desbalance dinámico durante la operación. Esta condición crea fuerzas centrífugas desiguales que se transmiten a todo el sistema.
Resonancia de fajas
La resonancia en bandas ocurre cuando la frecuencia natural de vibración de la banda coincide con la velocidad de operación (RPM) del motor o equipo conducido. Esta condición amplifica las vibraciones, generando un comportamiento dinámico inestable en el sistema.
7. Otras fallas comunes en equipos rotativos
Falla de rodamientos
El deterioro de rodamientos es un proceso progresivo que comienza con micro daños internos y evoluciona hasta la falla catastrófica, afectando la operación de equipos rotativos.
Soltura estructural
La soltura estructural (Tipo A) ocurre cuando existen holguras o debilidades en la base, placa de soporte o cimiento de un equipo rotativo, generando vibraciones excesivas y movimientos anómalos durante la operación.
Soltura por pernos flojos
La soltura Tipo B ocurre por aflojamiento de pernos de sujeción o fracturas en estructuras de soporte (ej: pedestales), generando holguras mecánicas que comprometen la estabilidad del equipo.
Soltura par mas ajuste en alojamientos
La soltura Tipo C surge por holguras excesivas entre componentes mecánicos (ej: rodamientos, ejes o impulsores), generando respuestas no lineales a las fuerzas dinámicas. Esta condición es común en ajustes desgastados o montajes inadecuados.
Resonancia
La resonancia ocurre cuando la frecuencia de operación del equipo coincide con su frecuencia natural de vibración, amplificando drásticamente las oscilaciones. Este fenómeno puede afectar al rotor, la base, la carcasa u otros componentes del sistema.
Comentario finales sobre el diagnóstico de vibraciones
Antes de implementar tu programa de monitoreo de vibraciones, es fundamental realizar un análisis preliminar de los equipos en planta: identifica sus posibles modos de falla y determina cuáles pueden diagnosticarse eficazmente con análisis vibracional. Aquí te hemos querido resumir los principales modos de falla detectables desde el punto de visto de tipo de activo, brindándote una base sólida para justificar el alcance de tu plan.
Al tener claros estos conceptos, no solo optimizarás tus estrategias de diagnóstico de vibraciones, sino que también podrás evaluar la incorporación de técnicas complementarias para cubrir otros modos de falla. Un enfoque estructurado garantiza mayor confiabilidad y rentabilidad para tu operación.
Fuente:
Charlotte’s Machinery Vibration Diagnostic Chart (versión PDF), recopilación de estándares industriales de análisis de vibraciones. Disponible en: www.technicalassociates.net
