Comprensión del análisis de arranque
El análisis de arranque es la medición y evaluación sistemática de vibración amplitud y fase mientras una máquina acelera desde el reposo o una velocidad baja hasta su velocidad de operación. Al registrar datos de forma continua durante arranque, un analista puede localizar cada velocidad crítica por la que pasa el rotor (cada una aparece como un pico de amplitud), evaluar cuánto amortiguamiento tiene el sistema (a partir de la nitidez de esos picos), exponer fallas específicas del arranque como flexión térmica, y confirmar que el procedimiento de arranque en sí es correcto. Los resultados normalmente se presentan como Gráficas de Bode — amplitud y fase contra la velocidad — y diagramas en cascada que muestran cómo evoluciona todo el espectro a medida que la máquina aumenta su velocidad.
La técnica es indispensable en tres escenarios: puesta en marcha de equipos nuevos, donde verifica que la máquina real se comporte como predijo el diseño de dinámica de rotores; solución de problemas, donde revela si un problema de vibración al arranque está impulsado por resonancia; y evaluación periódica de salud, donde la firma de arranque de hoy se compara con un valor de referencia histórico para detectar una degradación lenta antes de que se convierta en una falla.
1. Recopilación de Datos
Un arranque significativo depende de capturar los canales correctos, de forma continua, desde antes de que la máquina incluso comience a moverse.
Mediciones requeridas
- Vibración: registro continuo en cada ubicación de rodamiento.
- Velocidad: a tacómetro señal para que las RPM puedan rastrearse momento a momento.
- Fase: un pulso por revolución, que proporciona la referencia de fase que hace posible la gráfica de Bode.
- Duración: todo el transitorio, desde la orden de arranque hasta la velocidad de operación estable.
- Muestreo: ya sea una captura verdaderamente continua o instantáneas basadas en tiempo muy espaciadas.
Configuración de instrumentación
- Un analizador multicanal o un sistema de adquisición de datos.
- Acelerómetros en todos los rodamientos, idealmente en las direcciones horizontal, vertical y axial.
- Un tacómetro óptico o láser activado desde una tira de cinta reflectante en el eje.
- Registro activado armado antes comienza la aceleración, para que no se pierdan las primeras revoluciones.
Para máquinas más pequeñas, los mismos elementos esenciales — amplitud, fase y RPM sincronizados — pueden recopilarse con un analizador portátil de dos canales. El Balanset-1A rastrea la amplitud y fase de 1× contra su referencia de tacómetro láser a medida que el rotor aumenta su velocidad, por lo que los datos que alimentan las gráficas de Bode y en cascada pueden capturarse en los propios rodamientos de la máquina en el sitio, en lugar de solo en un tren permanentemente instrumentado.
2. Resultados del Análisis
El mismo conjunto de datos registrados puede mostrarse de varias formas complementarias, cada una revelando una faceta diferente del comportamiento del rotor.
Diagrama de Bode
La visualización estándar de arranque, dibujada como un par de gráficas apiladas:
- Gráfica superior: amplitud de vibración versus velocidad.
- Gráfica inferior: ángulo de fase versus velocidad.
- Velocidades críticas: aparecen como picos de amplitud acompañados por un cambio de fase característico de 180°.
- Múltiples gráficas: una por ubicación y dirección de medición.
Diagrama en cascada (Waterfall)
- Una vista pseudo-3D de frecuencia, velocidad y amplitud juntas.
- Muestra la evolución espectral completa a lo largo del arranque.
- El componente 1× se rastrea en diagonal a medida que aumenta la velocidad.
- Frecuencias naturales aparecen como características verticales fijas.
- Donde la línea diagonal de 1× cruza una frecuencia natural vertical, se confirma una velocidad crítica.
Gráfica polar
- Una gráfica vectorial que combina amplitud y fase en un solo diagrama.
- Traza una espiral característica a medida que el rotor barre cada velocidad crítica.
- Ampliamente utilizado en dinámica de rotores funcionamiento.
3. Información que Revela el Arranque
Identificación de Velocidad Crítica
- Los picos en la gráfica de amplitud marcan las velocidades críticas.
- Un cambio de fase de 180° acompañante confirma una verdadera resonancia en lugar de un bache transitorio.
- Se captura cada velocidad crítica entre cero y la velocidad de operación.
- Los valores medidos pueden verificarse contra las predicciones de diseño.
Evaluación del amortiguamiento
- Picos agudos: bajo amortiguamiento (factor de amplificación Q ≈ 20–50): una resonancia de alta amplificación y un problema potencial.
- Picos amplios: alto amortiguamiento (Q ≈ 5–10): un paso más suave y seguro a través de la velocidad crítica.
- Cuantitativo: la relación de amortiguamiento se puede calcular a partir del ancho del pico usando el método de semipotencia (−3 dB), manejado convenientemente por un Calculadora de relación de amortiguamiento.
Márgenes de separación
- Confirmar que la velocidad de operación se mantiene bien alejada de cualquier velocidad crítica.
- Un requisito típico es un margen de ±20–30%.
- Una separación adecuada significa un funcionamiento seguro y con baja vibración.
- Una separación insuficiente arriesga operar en o cerca de una resonancia.
Validación del procedimiento de arranque
- Verificar que la tasa de aceleración sea lo suficientemente rápida para llevar el rotor a través de cada velocidad crítica sin detenerse allí.
- Confirmar que la vibración se mantenga dentro de los límites a cada velocidad durante el proceso.
- Decidir si son necesarios puntos de mantenimiento de velocidad.
4. Comparación con el paro por inercia
Un arranque es más poderoso cuando se combina con su imagen espejo, el paro por inercia.
Similitudes
- Ambos identifican velocidades críticas y frecuencias naturales.
- Ambos utilizan las mismas técnicas de análisis y los mismos tipos de gráficas.
- Juntos proporcionan conjuntos de datos complementarios.
Diferencias
- Arranque: aumento de velocidad, una transición térmica de frío a caliente y una aceleración impulsada que puede llevar el rotor rápidamente a través de una velocidad crítica.
- Paro por inercia: disminución de velocidad, una transición de caliente a frío y una desaceleración natural no forzada impulsada solo por la fricción y la resistencia aerodinámica.
- Comparación: las diferencias entre las dos firmas exponen efectos térmicos o dependientes de la carga: una velocidad crítica que cambia entre el arranque y el paro por inercia, por ejemplo, apunta a un soporte sensible a la temperatura.
5. Aplicaciones
Puesta en marcha
- Los primeros arranques de equipos completamente nuevos.
- Verificación de que la máquina cumple con su especificación de diseño.
- Establecimiento de un valor de referencia para todas las comparaciones futuras.
- Un requisito frecuente de pruebas de aceptación contractual.
Evaluación periódica
- Pruebas de arranque anuales o semestrales.
- Comparación directa con el valor de referencia de la puesta en servicio.
- Detección de cambios como velocidades críticas desplazadas o amortiguamiento reducido.
- Datos con tendencia que señalan una degradación lenta con el tiempo.
Solución de problemas
- Diagnóstico de problemas de vibración durante el arranque.
- Determinar si el problema está relacionado con la resonancia.
- Evaluar si una modificación: un nuevo soporte, una corrección de balanceo, amortiguamiento añadido, realmente funcionó.
En resumen, el análisis de arranque convierte un arranque ordinario en una caracterización completa de la dinámica del rotor. Las gráficas de Bode, en cascada y polares que produce dejan al descubierto las velocidades críticas, el amortiguamiento y el comportamiento durante el arranque de la máquina: la información que un ingeniero necesita para poner en servicio equipos con confianza, rastrear su salud a lo largo de los años y llegar a la raíz de la vibración relacionada con el arranque en maquinaria rotativa.
