Comprensión de la vibración de arranque en maquinaria rotativa
Vibración de arranque describes the vibración comportamiento de la maquinaria rotativa durante la aceleración desde el reposo hasta la velocidad normal de funcionamiento. Abarca tanto el comportamiento previsto vibración transitoria a medida que la máquina pasa por su velocidades críticas y cualquier fenómeno anómalo propio de la fase de puesta en marcha — curvatura térmica del eje, inestabilidades de los cojinetes, roces, o asentamiento mecánico. Es importante realizar un seguimiento porque muchos problemas de vibración se manifiestan con mayor claridad durante la puesta en marcha, y la fase transitoria de la puesta en marcha suele ser el momento de mayor estrés mecánico en todo el ciclo de funcionamiento de una máquina.
1. Definición: Por qué el transitorio de arranque es especial
La monitorización en estado estacionario registra el funcionamiento de una máquina a una velocidad fija, pero durante el arranque el rotor recorre todo su rango de velocidades, lo que provoca que cada frecuencia natural que se encuentra por debajo de la velocidad de funcionamiento durante la subida. Cada vez que se atraviesa un resonancia amplifica momentáneamente la respuesta, y el rotor se encuentra simultáneamente frío, calentándose de forma desigual y asentándose sobre sus cojinetes. Esa combinación convierte el arranque en una ventana excepcionalmente reveladora —y excepcionalmente exigente— al estado de la máquina, razón por la cual la monitorización especializada análisis de arranque es una herramienta estándar para equipos críticos.
2. Características típicas de la vibración durante el arranque
Progresión normal del arranque
En una máquina en buen estado, la vibración durante el arranque sigue un patrón predecible que el analista puede utilizar como referencia.
Fase inicial (0-20 % de velocidad)
- Vibración muy baja de desequilibrio, ya que la fuerza centrífuga aumenta con el cuadrado de la velocidad.
- Cualquier vibración notable en este punto indica un problema mecánico o una deformación térmica.
- La lectura en giro lento ofrece una referencia del estado puramente mecánico del rotor (por ejemplo, la curvatura residual o la batida).
Aceleración a través de velocidades críticas
- La amplitud aumenta a medida que se acerca cada velocidad crítica.
- Alcanza su máximo a la velocidad crítica, cuando el rotor entra en resonancia.
- Disminuye rápidamente a medida que la velocidad supera el punto crítico.
- Aproximadamente 180° fase el cambio acompaña el paso por cada velocidad crítica: una característica distintiva.
- Aparecen varios picos si hay varias velocidades críticas por debajo de la velocidad de funcionamiento.
Aproximación a la velocidad operativa
- La vibración se estabiliza en un nivel constante.
- Está dominado por el componente 1× de desequilibrio residual.
- La estabilización térmica puede provocar cambios graduales durante los primeros 30-60 minutos de funcionamiento.
3. Problemas habituales de vibración al arrancar
Arco térmico
La curvatura térmica es el problema más habitual específico del arranque:
- Síntoma: una vibración intensa durante la aceleración inicial que va disminuyendo progresivamente a medida que la máquina se calienta.
- Causa: un calentamiento asimétrico que provoca una curvatura temporal del eje.
- Frecuencia: 1× síncrono.
- Behaviour: alta incluso a velocidades de giro lento, y luego va disminuyendo a medida que se alcanza el equilibrio térmico.
- Solución: procedimientos de calentamiento prolongados y operación del dispositivo de viraje antes del arranque.
Vibraciones excesivas a velocidad crítica
- Síntoma: picos muy elevados al pasar por una velocidad crítica.
- Causas: poor amortiguación, un desequilibrio elevado o un funcionamiento demasiado cercano a una velocidad crítica.
- Riesgo: posibles daños en los cojinetes y las juntas en cada puesta en marcha.
- Solución: mejorar el equilibrio, aumentar la aceleración en las zonas críticas y añadir amortiguación.
Rozamiento durante la aceleración
- Síntoma: una vibración repentina e irregular y la aparición de subsincrónico componentes.
- Causa: holguras insuficientes o vibraciones excesivas a la velocidad crítica que provocan el contacto del rotor.
- Riesgo: daños térmicos localizados y deterioro de las juntas.
- Solución: comprobar las holguras, mejorar el equilibrio y reducir la aceleración.
Inestabilidad de los cojinetes durante el arranque
- Síntoma: Vibración subsincrónica que se produce durante la aceleración, a menudo cerca de la mitad de la velocidad de marcha.
- Causa: a cojinete de muñón aún no ha alcanzado la temperatura de funcionamiento, por lo que la rigidez y la amortiguación de su película de aceite aún no son óptimas — un precursor de remolino de aceite.
- Behaviour: puede desaparecer una vez que el cojinete se caliente.
- Solución: Calentamiento prolongado a velocidad intermedia antes de la aceleración máxima
4. Diseño del procedimiento de arranque
Optimización de la tasa de aceleración
El perfil de aceleración debe adaptarse a la dinámica propia de la máquina, en lugar de aplicarse de manera uniforme.
Zonas de aceleración lenta
- Rodaje inicial (0-10 % de velocidad): muy lentamente, para detectar deformaciones térmicas o problemas mecánicos.
- Por debajo de la primera velocidad crítica: a un ritmo moderado para permitir el calentamiento térmico.
- Por encima de todas las velocidades críticas: la aceleración hasta alcanzar la velocidad de funcionamiento puede ser más rápida.
Zonas de paso rápido
- Rangos de velocidad crítica: acelerar rápidamente en un rango de aproximadamente ±15-20 % en torno a cada velocidad crítica.
- Tasa típica: Entre 2 y 5 veces la aceleración normal.
- Objetivo: reducir al mínimo el tiempo de permanencia en la resonancia y limitar el aumento de la amplitud de la vibración.
Puntos de espera
- Velocidades de estabilización térmica: mantener en el 30 %, el 50 % y el 70 % para las turbinas de gran tamaño.
- Duración: Entre 10 y 30 minutos en cada posición.
- Objetivo: permiten la estabilización térmica y reducen los gradientes térmicos.
- Comprobación de vibraciones: Comprueba que la vibración sea aceptable antes de continuar.
5. Seguimiento y criterios de aceptación
Monitoreo en tiempo real
Durante el arranque, presta atención a:
- Nivel general de vibraciones: no debería superar los alarm limit at any speed.
- Temperaturas de los rodamientos: Un aumento gradual es aceptable; un aumento rápido es señal de problemas.
- Seguimiento de velocidad: Comprueba que la máquina acelere con suavidad.
- Ángulo de fase: Esté atento a cualquier cambio inesperado que pueda indicar problemas mecánicos.
Criterios de aceptación
- Picos de velocidad crítica: deberían coincidir con las previsiones con un margen de ±10-15 %.
- Amplitudes máximas: deben mantenerse dentro de los límites de diseño, que suelen definirse en las especificaciones del equipo y compararse con ISO 20816 orientaciones sobre la severidad.
- Vibración en régimen estacionario: debería estabilizarse en niveles aceptables tras la estabilización térmica.
- Repetibilidad: Las sucesivas puestas en marcha deben mostrar un comportamiento coherente.
6. Solución de problemas relacionados con vibraciones anormales durante el arranque
Vibración inicial elevada
Posibles causas:
- Desviación térmica remanente de una operación o parada anterior.
- Una curvatura mecánica o eje doblado.
- Problemas con los cojinetes — desgaste o desalineación.
- Flojedad o cualquier otro defecto mecánico.
Aumento de la vibración durante el calentamiento
Posibles causas:
- Un arco térmico que se forma debido a un calentamiento asimétrico.
- La dilatación térmica altera la alineación.
- Las holguras de los rodamientos varían con la temperatura.
- Holguras de cierre por dilatación térmica que provocan roces
Vibración errática durante la aceleración
Posibles causas:
- Fricción o contacto intermitente.
- Componentes sueltos que se asientan o se desplazan.
- Enganche problemas.
- Comportamiento variable de los cojinetes.
7. Documentación y datos de referencia
Puesta en marcha inicial
Establecer una firma de inicio de referencia:
- Registra todos los datos de la aceleración.
- Generar Diagramas de Bode y gráficos de cascada.
- Anota todas las velocidades críticas y su amplitud máxima.
- Guárdalo como referencia para futuras comparaciones.
Comparación periódica
- Compara cada aceleración de arranque actual con la referencia.
- Presta atención a los cambios en las ubicaciones de velocidad crítica, ya que indican alteraciones mecánicas, como la aparición de una grieta o una modificación de la rigidez de los soportes.
- Realice un seguimiento de las variaciones en la amplitud máxima, que indican cambios en el desequilibrio o en la amortiguación.
- Busca nuevos componentes de vibración que no estén presentes en la línea de base.
Para registrar una aceleración de arranque limpia es necesario medir de forma continua la amplitud, la fase y la velocidad a medida que el rotor acelera; precisamente esa es la medición sincronizada para la que está diseñado un analizador portátil de dos canales. El Balanset-1A registra la amplitud y la fase de 1× en función de la velocidad del eje durante el arranque, de modo que un técnico pueda localizar las velocidades críticas, confirmar la inversión de fase de 180° en cada una de ellas y —cuando el problema sea un desequilibrio de 1× o una deformación térmica, en lugar de un fallo estructural— equilibrar el rotor en sus propios cojinetes y volver a ponerlo en marcha para comprobar que los picos de arranque han disminuido. Para anticipar dónde deberían situarse esos picos, un calculadora de velocidad crítica del rotor calcula la frecuencia natural del eje, mientras que un calculadora de tiempo de aceleración del rotor ayuda a calcular la velocidad a la que el accionamiento puede atravesar una zona de resonancia.
El análisis de vibraciones durante el arranque ofrece una visión del estado de las máquinas que la monitorización en régimen estacionario por sí sola no puede proporcionar. Dado que muchas averías incipientes se manifiestan por primera vez durante la aceleración, el seguimiento de la evolución de la firma de vibraciones durante el arranque a lo largo del tiempo constituye una de las herramientas de mantenimiento predictivo más valiosas de las que se dispone para los equipos rotativos críticos.
