Comprensión del análisis de desaceleración
Análisis de desaceleración por inercia es la medición y evaluación sistemáticas de una máquina vibración durante la desaceleración desde la velocidad de funcionamiento hasta la parada total tras la desconexión de la alimentación. En todo el rango de velocidades, el analizador registra la amplitud, fase, y contenido espectral, de modo que una sola prueba sin alimentación capte cómo se comporta el rotor a todas las velocidades por las que debe pasar. Interpretado a través de Diagramas de Bode y diagramas en cascada, según revelan esos datos velocidades críticas, frecuencias naturales, mojadura características, y el contexto más amplio rotor-dynamic comportamiento que sustenta la puesta en servicio, la resolución de problemas y la verificación periódica del estado.
El análisis de desaceleración está estrechamente relacionado con análisis de arranque, pero presenta dos ventajas claras: la desaceleración es natural y sin potencia, lo que hace que la prueba sea más sencilla y segura, y se lleva a cabo con la máquina aún caliente, a temperatura de funcionamiento, en lugar de en frío, al arrancar. Se trata de una prueba de aceptación estándar para la turbomaquinaria y un diagnóstico periódico de gran valor que se debe realizar durante un mantenimiento programado cierre.
1. El procedimiento de ensayo
Un «coastdown» es fácil de llevar a cabo, pero merece la pena prepararlo con esmero. Dado que el proceso solo se produce una vez y no se puede detener, todos los canales deben estar configurados y activados antes de que se corte la alimentación.
Preparación
- Sensores: install acelerómetros en todos los puntos de apoyo; en máquinas con cojinetes de película de fluido, sondas de proximidad en un par X-Y se añaden para registrar directamente el movimiento del eje.
- Referencia de velocidad: connect a tacómetro por la rapidez y, sobre todo, por la fase referencia que permite realizar un seguimiento de la amplitud y la fase en función de las revoluciones por minuto.
- Acquisition: Configure el sistema para que realice un registro continuo a una frecuencia de muestreo adecuada para la frecuencia más alta de interés.
- Triggering: establecer las condiciones de activación: el rango de velocidad y la duración que se van a registrar.
Ejecución
- Stabilise: mantenga el equipo a una velocidad de funcionamiento constante.
- Iniciar grabación: inicie la adquisición de datos antes de que cambie cualquier otra cosa.
- Desconecta la alimentación: desconectar la alimentación del motor, cortar el suministro de combustible a la turbina o eliminar de cualquier otra forma el par motor.
- Monitor: observe cómo se desarrolla la vibración a medida que la máquina reduce la velocidad.
- Registro completado: continúe registrando hasta que se detenga por completo o hasta alcanzar la velocidad mínima de interés.
- Save data: archivar el conjunto de datos completo de la desaceleración para su análisis y para futuras comparaciones.
Duración
La duración de la desaceleración depende de la inercia del rotor y de la fricción y la resistencia aerodinámica que lo frenan. Los motores pequeños pueden detenerse en unos 30-60 segundos, mientras que las turbinas grandes pueden tardar entre 10 y 30 minutos en detenerse por completo. Por lo general, una desaceleración más prolongada proporciona mejores datos: el rotor se mantiene en cada velocidad durante más tiempo, lo que genera más puntos de medición y una resolución más precisa en las resonancias más relevantes.
2. Análisis de los datos
La misma grabación se puede procesar de varias formas complementarias, cada una de las cuales destaca una faceta diferente del comportamiento de la máquina.
Generación de diagramas de Bode
- Calcular la amplitud de vibración síncrona (1×) a cada velocidad utilizando un filtro de seguimiento.
- Extraiga la fase correspondiente ángulo de fase at each speed.
- Represente gráficamente tanto la amplitud como la fase en función de la velocidad.
- Velocidades críticas se manifiestan como picos de amplitud acompañados de una transición de fase característica —idealmente cercana a los 180° al atravesar la resonancia—.
Parcela de cascada
- Compute an FFT a intervalos regulares de velocidad.
- Apila los espectros para crear una imagen tridimensional pantalla en cascada.
- Componentes sincronizados en velocidad (1×, 2× y superiores) armonía) sigue una trayectoria diagonal a medida que disminuye la velocidad.
- Los componentes de frecuencia fija —las frecuencias naturales estructurales— se manifiestan como crestas verticales que no varían con la velocidad.
- Las velocidades críticas se observan cuando un orden síncrono cruza una de esas crestas de frecuencia fija.
Análisis de órbita
- Con los sensores de proximidad X-Y instalados, el eje órbita se puede reconstruir a cualquier velocidad.
- La órbita cambia de forma a medida que el rotor atraviesa una velocidad crítica.
- Se registran tanto la dirección de la precesión como la evolución de la forma de la órbita.
- En conjunto, estos elementos proporcionan una caracterización avanzada del comportamiento dinámico del rotor que la amplitud escalar por sí sola no puede ofrecer.
3. Información extraída
Una prueba de desaceleración por inercia bien ejecutada permite resolver varias cuestiones de ingeniería distintas en una sola prueba.
Puntos de velocidad crítica
- El número exacto de revoluciones por minuto al que se produce cada resonancia.
- La primera, la segunda y la tercera velocidad crítica, siempre que se encuentren dentro del rango de funcionamiento.
- Comprobación de los valores medidos con respecto a los cálculos de diseño originales.
- Una evaluación del margen de separación entre la velocidad de funcionamiento y la velocidad crítica más cercana.
Severidad de la resonancia
- La amplitud máxima indica el factor de amplificación en resonancia.
- Los picos altos —aproximadamente entre 5 y 10 veces el nivel de referencia— indican una baja amortiguación.
- Un pico pronunciado y estrecho es más preocupante que uno amplio y suave.
- Los datos indican si la vibración se mantiene dentro de los límites aceptables mientras la máquina atraviesa la resonancia.
Cuantificación de la amortiguación
- La amortiguación se puede calcular a partir de la nitidez del pico (método del factor Q).
- También se puede deducir a partir de la tasa de decaimiento en el dominio del tiempo.
- En el caso de la maquinaria industrial habitual, el coeficiente de amortiguación se sitúa entre 0,01 y 0,10.
- Una menor amortiguación siempre implica picos de resonancia más altos, por lo que este valor determina directamente la cantidad de vibración que produce una velocidad crítica.
4. Aplicaciones
Puesta en servicio de equipos nuevos
- Prueba de validación inicial de un equipo recién instalado.
- Confirmación de que las velocidades críticas medidas coinciden con los valores previstos, normalmente con una desviación de entre el ±10 % y el ±15 %.
- Comprobación de que los márgenes de separación sean adecuados.
- Creación de un base para poder compararlos más adelante.
- Cumplir con los requisitos de las pruebas de aceptación establecidos en el contrato o la norma.
Solución de problemas de alta vibración
- Determinar si la máquina está funcionando a una velocidad demasiado cercana a la velocidad crítica.
- Identificar resonancias hasta ahora desconocidas en la estructura o sistema de cojinetes de rotor.
- Evaluar el efecto de modificaciones como el cambio de rodamientos o el aumento de masa.
- Comparar las pruebas de desaceleración antes y después para confirmar que la reparación ha funcionado.
Evaluación periódica del estado de la máquina
- Una prueba de desaceleración anual que se lleva a cabo durante una parada programada.
- Comparación con la referencia de puesta en servicio como parte de un monitorización del estado programa.
- Detección de cambios en la velocidad crítica, que indican alteraciones mecánicas tales como flojedad o un cambio en la rigidez del soporte.
- Seguimiento de la degradación de la amortiguación a lo largo de la vida útil de la máquina.
5. Dónde encaja el Balanset-1A y por qué las desaceleraciones son mejores que las aceleraciones
En la práctica, para realizar un análisis de desaceleración no se necesita nada más sofisticado que unos acelerómetros, una referencia de fase y un analizador capaz de registrar la amplitud y la fase en función de la velocidad de caída. Un instrumento portátil de dos canales como el Balanset-1A captura la amplitud y la fase de forma sincrónica durante todo el proceso de desaceleración y genera directamente los gráficos de Bode y espectrales, de modo que un ingeniero puede confirmar in situ las velocidades críticas de la máquina y los márgenes de separación; y, cuando el diagnóstico es desequilibrar en lugar de la resonancia, pasar directamente a equilibrado de campo con el mismo kit.
A menudo se prefiere la prueba de desaceleración a la aceleración con motor por tres razones:
- Desaceleración sin motor: La máquina se detiene por inercia de forma natural, gracias a la fricción y la resistencia del aire, sin complicaciones del sistema de control, lo que simplifica su ejecución.
- Cambios de velocidad más lentos: El rotor permanece más tiempo en cada velocidad, lo que proporciona una mayor resolución de los datos, más puntos en cada velocidad crítica y una mejor medición de la amortiguación.
- Pruebas en caliente: el equipo se encuentra a temperatura de funcionamiento y los cojinetes tienen sus holguras reales de funcionamiento, por lo que los datos dinámicos medidos reflejan el estado real de la máquina en funcionamiento, y no una aproximación en frío.
6. Consideraciones prácticas
Seguridad
- Controle la vibración de forma continua durante la desaceleración.
- Si se vuelve excesiva, decida deliberadamente entre una parada de emergencia y atravesar la resonancia.
- Mantenga al personal alejado del equipo en todo momento.
- Compruebe que todos protección de maquinaria y que los sistemas de seguridad funcionen correctamente antes de arrancar.
Calidad de los datos
- Procure que la desaceleración sea estable y suave, en lugar de brusca.
- Utilice una frecuencia de muestreo adecuada para las frecuencias más altas de interés a fin de evitar alias.
- Mantén una buena señal del tacómetro en todo momento: cualquier interrupción altera el seguimiento de fase.
- Recopila un número suficiente de valores medios para cada velocidad.
Repetibilidad
- Realiza varias pruebas de desaceleración para comprobar el resultado.
- Compáralos para comprobar que sean coherentes.
- Una variación significativa entre series sugiere un cambio en las condiciones o un problema de medición, más que un desplazamiento real de la máquina.
El análisis de desaceleración es un método de diagnóstico fundamental en la dinámica de rotores que ofrece una visión completa del comportamiento dinámico de una máquina a partir de una sola desaceleración natural. Los gráficos de Bode y en cascada resultantes permiten localizar las velocidades críticas, cuantificar la amortiguación y comparar la máquina con las previsiones de diseño o los valores de referencia históricos; precisamente por eso, las pruebas de desaceleración son esenciales para la validación de la puesta en servicio, la evaluación periódica del estado y la resolución de problemas de resonancia en equipos rotativos.
