Comprensión de la vibración lateral en maquinaria rotativa
Definición: ¿Qué es la vibración lateral?
Vibración lateral La vibración (también llamada vibración radial o transversal) se refiere al movimiento de un eje giratorio perpendicular a su eje de rotación. En términos sencillos, es el movimiento lateral o vertical del eje mientras gira. La vibración lateral es el tipo más común de vibración. vibración en maquinaria rotativa y suele estar causada por fuerzas radiales como desequilibrar, desalineación, ejes doblados o defectos en los cojinetes.
Comprender la vibración lateral es fundamental para dinámica del rotor porque representa el modo principal de vibración para la mayoría de los equipos rotativos y es el foco de la mayoría de los sistemas de monitoreo de vibraciones y equilibrando actividades.
Dirección y medición
La vibración lateral se mide en el plano perpendicular al eje del eje:
Sistema de coordenadas
- Dirección horizontal: Movimiento lateral paralelo al suelo
- Dirección vertical: Movimiento vertical perpendicular al suelo
- Dirección radial: Cualquier dirección perpendicular al eje del eje (combinación de horizontal y vertical).
Ubicaciones de medición
La vibración lateral se suele medir en:
- Carcasas de cojinetes: Utilizando acelerómetros o transductores de velocidad montados sobre tapas de cojinetes o pedestales
- Superficie del eje: Utilización de sondas de proximidad sin contacto para la medición directa del movimiento del eje
- Múltiples orientaciones: Las mediciones tanto en dirección horizontal como vertical proporcionan una imagen completa del movimiento lateral.
Causas principales de la vibración lateral
La vibración lateral puede surgir de numerosas fuentes, cada una de las cuales produce firmas de vibración características:
1. Desequilibrio (Más común)
Desequilibrar es la causa más frecuente de vibración lateral. Una distribución asimétrica de la masa crea una fuerza centrífuga rotatoria que produce:
- Frecuencia de vibración 1X (una vez por revolución)
- Relativamente estable fase relación
- Amplitud proporcional al cuadrado de la velocidad
- Circular o elíptica órbita del eje
2. Desalineación
Desalineación del eje La interacción entre máquinas acopladas crea fuerzas laterales:
- Vibración principalmente 2X (dos veces por revolución)
- También puede excitar armónicos 1X y superiores.
- También suele presentar un componente axial elevado.
- Las relaciones de fase difieren del desequilibrio.
3. Eje doblado o arqueado
Un eje permanentemente doblado o arqueado crea una excentricidad geométrica:
- Vibración 1X que puede parecer similar a un desequilibrio
- Vibración elevada incluso a bajas velocidades de laminación
- Difícil de corregir solo con el equilibrio.
4. Defectos en los rodamientos
Rodamiento de elementos rodantes Los defectos producen una vibración lateral característica:
- Componentes de alta frecuencia (frecuencias de falla de los rodamientos)
- Modulado por frecuencias más bajas creando bandas laterales
- A menudo requiere análisis de envolvente para la detección
5. Holgura mecánica
Los cojinetes, cimientos o pernos de montaje sueltos crean:
- Múltiples armónicos (1X, 2X, 3X, etc.)
- Respuesta no lineal a la fuerza
- Vibración errática o inestable
6. Roce rotor-estator
El contacto entre partes giratorias y estacionarias genera:
- Componentes subsíncronos
- Cambios repentinos en la amplitud y fase de la vibración
- Posible deformación térmica
Vibración lateral frente a otros tipos de vibración
Las máquinas rotativas pueden experimentar vibraciones en tres direcciones principales:
Vibración lateral (radial)
- Dirección: Perpendicular al eje del eje
- Causas típicas: Desequilibrio, desalineación, eje doblado, defectos en los rodamientos
- Medición: Acelerómetros o sensores de velocidad en los alojamientos de los rodamientos; sondas de proximidad en el eje.
- Dominio: Normalmente, el componente de vibración de mayor amplitud
Vibración axial
- Dirección: Paralelo al eje del eje
- Causas típicas: Desalineación, problemas con los cojinetes de empuje, problemas en el flujo del proceso
- Medición: Acelerómetros montados axialmente
- Dominio: Suele tener una amplitud menor que la lateral, pero es diagnóstica para ciertas fallas.
Vibración torsional
- Dirección: Movimiento de torsión alrededor del eje
- Causas típicas: Problemas con el engranaje, problemas eléctricos del motor, problemas de acoplamiento
- Medición: Requiere sensores de vibración torsional especializados o galgas extensométricas.
- Dominio: Suelen ser pequeñas, pero pueden provocar fallos por fatiga.
Modos de vibración lateral y velocidades críticas
En dinámica del rotor, Los modos de vibración lateral describen los patrones de deflexión característicos del eje:
Primer modo lateral
- Forma de flexión simple (arco simple o arco)
- Frecuencia natural más baja
- Se excitan con mayor facilidad ante el desequilibrio.
- Primero velocidad crítica corresponde a este modo
Segundo modo lateral
- Desviación en forma de S con un punto nodal
- Mayor frecuencia natural
- Segunda velocidad crítica
- Importante para rotores flexibles
Modos laterales superiores
- Formas cada vez más complejas con múltiples nodos
- Solo aplicable a rotores de muy alta velocidad o muy flexibles.
- Puede excitarse mediante el paso de cuchillas u otras excitaciones de alta frecuencia.
Medición y seguimiento
Parámetros de medición
La vibración lateral se caracteriza por varios parámetros:
- Amplitud: La magnitud del movimiento, medida en desplazamiento (µm, mils), velocidad (mm/s, in/s) o aceleración (g, m/s²).
- Frecuencia: Normalmente se utiliza la velocidad de funcionamiento (1X) para vibraciones dominadas por desequilibrio, pero puede incluir armónicos y otras frecuencias.
- Fase: El momento del desplazamiento máximo con respecto a una marca de referencia en el eje.
- Órbita: La trayectoria real descrita por el centro del eje vista de frente
Estándares de medición
Las normas internacionales proporcionan orientación sobre los niveles aceptables de vibración lateral:
- Serie ISO 20816: Límites de vibración para diversos tipos de máquinas basados en la velocidad RMS
- API 610, 617, 684: Normas específicas del sector para bombas, compresores y dinámica de rotores
- Zonas de severidad: Defina los niveles aceptables, de precaución y de alarma según el tipo y el tamaño del equipo.
Control y mitigación
Equilibrio
Equilibrio es el método principal para reducir la vibración lateral debida al desequilibrio:
- Equilibrado en un solo plano para rotores de tipo disco
- Equilibrio en dos planos para la mayoría de los rotores industriales
- Equilibrio modal para rotores flexibles que operan por encima de velocidades críticas
Alineación
La alineación precisa del eje reduce las fuerzas laterales derivadas de la desalineación:
- Herramientas de alineación láser para un posicionamiento preciso del eje
- Consideraciones sobre la dilatación térmica en los procedimientos de alineación
- Corrección suave del pie antes de la alineación
Mojadura
Mojadura controla las amplitudes de vibración lateral, especialmente a velocidades críticas:
- Los cojinetes de película fluida proporcionan una amortiguación significativa.
- Amortiguadores de película fina para un mayor control
- tratamientos de amortiguación de la estructura de soporte
Modificación de la rigidez
La modificación de la rigidez del sistema afecta a las velocidades críticas:
- El aumento del diámetro del eje eleva las velocidades críticas.
- La reducción de la distancia entre apoyos aumenta la primera velocidad crítica.
- El refuerzo de los cimientos afecta la respuesta general del sistema.
Importancia diagnóstica
El análisis de vibraciones laterales es la piedra angular del diagnóstico de maquinaria:
- Tendencias: El monitoreo de la vibración lateral a lo largo del tiempo revela problemas en desarrollo.
- Identificación de fallas: La frecuencia y el patrón de vibración permiten identificar tipos de fallas específicos.
- Evaluación de gravedad: La amplitud, en comparación con los estándares, indica la gravedad del problema.
- Verificación de equilibrio: La reducción de la vibración lateral confirma un equilibrado exitoso.
- Mantenimiento basado en la condición: Los niveles de vibración activan las acciones de mantenimiento.
La gestión eficaz de las vibraciones laterales es esencial para el funcionamiento fiable y a largo plazo de la maquinaria rotativa, lo que la convierte en un objetivo primordial de los programas de monitorización de vibraciones, las estrategias de mantenimiento predictivo y las consideraciones de diseño de la dinámica de rotores.
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