Comprensión del análisis de paro por inercia
El análisis de paro por inercia es la medición y evaluación sistemática de la vibración de la máquina vibración durante la desaceleración desde la velocidad de operación hasta el reposo después de que se ha desconectado la energía. A lo largo de todo el rango de velocidades, el analizador registra la amplitud, fase, y contenido espectral, de modo que una sola desaceleración sin alimentación captura cómo se comporta el rotor a través de cada velocidad por la que debe pasar. Interpretado mediante Gráficas de Bode y diagramas en cascada, esos datos revelan velocidades críticas, frecuencias naturales, amortiguamiento características, y el comportamiento más amplio de dinámica del rotor que sustenta la puesta en marcha, la solución de problemas y la verificación periódica de la condición.
El análisis de paro por inercia está estrechamente relacionado con el análisis de arranque, pero tiene dos ventajas distintas: la desaceleración es natural y sin alimentación, lo que hace que la prueba sea más simple y segura, y se realiza con la máquina aún caliente a la temperatura de operación en lugar de fría al inicio. Es una prueba de aceptación estándar para turbomáquinas y un diagnóstico periódico extremadamente valioso para ejecutar durante una parada.
1. El Procedimiento de la Prueba
Un paro por inercia es sencillo de ejecutar, pero recompensa una preparación cuidadosa. Como el evento ocurre solo una vez y no se puede pausar, cada canal debe configurarse y activarse antes de cortar la energía.
Preparación
- Sensores: instale acelerómetros en todas las ubicaciones de los rodamientos; en máquinas con cojinetes de película fluida, sondas de proximidad en un par X-Y se agregan para capturar el movimiento del eje directamente.
- Referencia de velocidad: conecte un tacómetro para la velocidad y, críticamente, para la fase referencia que permite rastrear la amplitud y la fase contra las rpm.
- Adquisición: configure el sistema para grabación continua a una tasa de muestreo adecuada para la frecuencia más alta de interés.
- Disparo: establezca las condiciones de disparo: el rango de velocidad y la duración que se deben capturar.
Ejecución
- Estabilizar: mantenga el equipo a una velocidad de operación constante.
- Inicie la grabación: inicie la adquisición de datos antes de que cambie cualquier otra cosa.
- Desconecte la energía: apague la energía del motor, corte el combustible de la turbina o elimine de otra manera el par motor.
- Monitorear: observe cómo se desarrolla la vibración a medida que la máquina se ralentiza.
- Grabación completa: continúe capturando hasta una parada completa o hasta la velocidad mínima de interés.
- Guarde los datos: archive el conjunto de datos completo del paro por inercia para su análisis y comparación futura.
Duración
La duración de un paro por inercia depende de la inercia del rotor y de la fricción y la resistencia aerodinámica que lo frenan. Los motores pequeños pueden detenerse en 30–60 segundos, mientras que las turbinas grandes pueden tardar de 10 a 30 minutos en detenerse. Un paro por inercia más largo generalmente proporciona mejores datos: el rotor permanece más tiempo en cada velocidad, lo que genera más puntos de medición y una resolución más fina a través de las resonancias que más importan.
2. Análisis de los Datos
La misma grabación se puede procesar de varias maneras complementarias, cada una enfatizando un aspecto diferente del comportamiento de la máquina.
Generación de diagrama de Bode
- Extraiga la amplitud de vibración síncrona (1×) a cada velocidad utilizando un filtro de seguimiento.
- Extraiga la ángulo de fase correspondiente a cada velocidad.
- Grafique tanto la amplitud como la fase contra la velocidad.
- Velocidades críticas se anuncian como picos de amplitud acompañados de una transición de fase característica, idealmente cercana a 180° a través de la resonancia.
Diagrama en cascada
- Calcule un FFT a intervalos regulares de velocidad.
- Apile los espectros para construir un diagrama en cascada tridimensional.
- Los componentes síncronos con la velocidad (1×, 2× y órdenes armónicossuperiores) se rastrean en diagonal a medida que la velocidad disminuye.
- Los componentes de frecuencia fija, es decir, las frecuencias naturales estructurales, aparecen como crestas verticales que no se mueven con la velocidad.
- Las velocidades críticas son visibles donde un orden síncrono cruza una de esas crestas de frecuencia fija.
Análisis de órbita
- Con sondas de proximidad X-Y instaladas, la órbita órbita del eje se puede reconstruir a cualquier velocidad.
- La órbita cambia de forma a medida que el rotor pasa por una velocidad crítica.
- Se registran tanto la dirección de precesión como la evolución de la forma de la órbita.
- Juntos, estos datos proporcionan una caracterización avanzada del comportamiento dinámico del rotor que la amplitud escalar por sí sola no puede ofrecer.
3. Información extraída
Un paro por inercia bien ejecutado responde a varias preguntas de ingeniería distintas en una sola prueba.
Ubicación de las velocidades críticas
- Las rpm exactas a las que ocurre cada resonancia.
- Las velocidades críticas primera, segunda y tercera, si caen dentro del rango de operación.
- Verificación de los valores medidos contra los cálculos de diseño originales.
- Una evaluación del margen de separación entre la velocidad de operación y la velocidad crítica más cercana.
Severidad de la resonancia
- La amplitud pico indica el factor de amplificación en resonancia.
- Los picos altos, aproximadamente 5–10 veces el nivel de referencia, indican un bajo amortiguamiento.
- Un pico agudo y estrecho es más preocupante que uno amplio y suave.
- Los datos muestran si la vibración se mantiene aceptable mientras la máquina transita la resonancia.
Cuantificación del amortiguamiento
- El amortiguamiento se puede calcular a partir de la agudeza del pico (el método del factor Q).
- También se puede derivar de la tasa de decaimiento en el dominio del tiempo.
- Para maquinaria industrial típica, la relación de amortiguamiento cae en el rango de 0.01 a 0.10.
- Un menor amortiguamiento siempre significa picos de resonancia más altos, por lo que esta cifra determina directamente cuánta vibración produce una velocidad crítica.
4. Aplicaciones
Puesta en marcha de equipos nuevos
- Validación de la primera ejecución de una máquina recién instalada.
- Confirmación de que las velocidades críticas medidas coinciden con los valores predichos, generalmente dentro de ±10–15%.
- Verificación de márgenes de separación adecuados.
- Establecimiento de un valor de referencia para comparación futura.
- Cumplimiento del requisito de prueba de aceptación del contrato o estándar.
Solución de problemas de alta vibración
- Determinar si la máquina está funcionando demasiado cerca de una velocidad crítica.
- Identificación de resonancias previamente desconocidas en la estructura o sistema rotor-rodamiento.
- Evaluación del efecto de modificaciones como cambios de rodamientos o masa añadida.
- Comparación de paros por inercia antes y después para confirmar que una reparación funcionó.
Evaluación periódica del estado
- Un paro por inercia anual realizado durante una parada planificada.
- Comparación contra el valor de referencia de la puesta en marcha como parte de un monitoreo-de-condición programa.
- Detección de desplazamientos en las velocidades críticas, lo que señala cambios mecánicos como holgura mecánica o un cambio en la rigidez del soporte.
- Seguimiento de la degradación del amortiguamiento a lo largo de la vida útil de la máquina.
5. Dónde encaja el Balanset-1A y por qué los paros por inercia superan a los arranques
En campo, un paro por inercia no necesita nada más exótico que acelerómetros, una referencia de fase y un analizador que pueda rastrear la amplitud y la fase contra la velocidad decreciente. Un instrumento portátil de dos canales como el Balanset-1A captura la amplitud y la fase sincrónicas durante todo el descenso y construye las vistas de Bode y espectrales directamente, por lo que un ingeniero puede confirmar las velocidades críticas y los márgenes de separación de una máquina en el sitio y, cuando el diagnóstico es desbalance en lugar de resonancia, pasar directamente al balanceo en campo con el mismo equipo.
La prueba de paro por inercia suele preferirse sobre un arranque con potencia por tres razones:
- Desaceleración sin potencia: la máquina desciende naturalmente por fricción y resistencia aerodinámica, libre de complicaciones del sistema de control, lo que hace que la ejecución sea más sencilla.
- Cambios de velocidad más lentos: el rotor permanece más tiempo a cada velocidad, lo que proporciona una mejor resolución de datos, más puntos a través de cada velocidad crítica y una medición de amortiguamiento mejorada.
- Prueba en condiciones de calor: el equipo está a la temperatura de operación con los rodamientos en sus holguras de operación reales, por lo que la dinámica medida representa la máquina tal como realmente funciona, no una aproximación en frío.
6. Consideraciones prácticas
Seguridad
- Monitoree la vibración continuamente durante el paro por inercia.
- Si se vuelve excesiva, decida deliberadamente entre una parada de emergencia y atravesar la resonancia.
- Mantenga al personal alejado del equipo durante todo el proceso.
- Confirme que todos los protección de maquinaria y los sistemas de seguridad funcionen antes de comenzar.
Calidad de los datos
- Asegurar una desaceleración estable y uniforme en lugar de una errática.
- Utilizar una tasa de muestreo adecuada para las frecuencias más altas de interés para evitar aliasing.
- Mantener una buena señal del tacómetro durante todo el proceso; una caída de señal corrompe el seguimiento de fase.
- Recopilar suficientes promedios en cada velocidad.
Repetibilidad
- Realizar varios paros por inercia para verificar el resultado.
- Compararlos para verificar la consistencia.
- Una variación significativa entre pruebas indica condiciones cambiantes o un problema de medición en lugar de un cambio real en la máquina.
El análisis de paro por inercia es un diagnóstico fundamental de dinámica de rotores que proporciona una imagen completa del comportamiento dinámico de una máquina a partir de una única desaceleración natural. Las gráficas de Bode y en cascada resultantes localizan las velocidades críticas, cuantifican el amortiguamiento y permiten al ingeniero comparar la máquina con las predicciones de diseño o los valores de referencia históricos, lo cual es exactamente por qué las pruebas de paro por inercia son esenciales para la validación de puesta en marcha, la evaluación periódica de la condición y la resolución de problemas de resonancia en equipos rotativos.
