Comprensión de la vibración radial en maquinaria rotativa
Definición: ¿Qué es la vibración radial?
Vibración radial Es el movimiento de un eje giratorio perpendicular a su eje de rotación, que se extiende hacia afuera desde el centro como los radios de un círculo. El término "radial" se refiere a cualquier dirección que irradie desde el eje central, abarcando tanto el movimiento horizontal (de lado a lado) como el vertical (de arriba abajo). La vibración radial es sinónimo de vibración lateral o vibración transversal y representa la forma más comúnmente medida y monitoreada de vibración en maquinaria rotativa.
En aplicaciones prácticas, la vibración radial se mide normalmente en dos direcciones perpendiculares —horizontal y vertical— en cada ubicación del cojinete para proporcionar una imagen completa del movimiento del eje perpendicular a su eje.
Instrucciones de medición
Vibración radial horizontal
La vibración horizontal se mide en la dirección lateral:
- Perpendicular al eje del pozo y paralelo al suelo.
- A menudo, el lugar de medición más accesible
- Suele mostrar los efectos de la gravedad, la asimetría de la rigidez de la cimentación y las funciones de fuerza horizontal.
- Orientación de medición estándar para la mayoría de los programas de monitorización de vibraciones
Vibración radial vertical
La vibración vertical se mide en la dirección de arriba hacia abajo:
- Perpendicular al eje del pozo y perpendicular al suelo.
- Afectado por la gravedad y el peso del rotor
- Suele tener una amplitud mayor que la horizontal debido al peso del rotor, lo que crea una rigidez asimétrica.
- Fundamental para detectar problemas en máquinas de orientación vertical (bombas verticales, motores).
Vibración radial general
La vibración radial total se puede calcular como la suma vectorial de las componentes horizontal y vertical:
- Total radial = √(Horizontal² + Vertical²)
- Representa la magnitud real del movimiento independientemente de la dirección
- Útil para evaluaciones de gravedad con un solo número.
Causas principales de la vibración radial
La vibración radial se genera por fuerzas que actúan perpendicularmente al eje del eje:
1. Desequilibrio (Causa dominante)
Desequilibrar es la fuente más común de vibración radial en la maquinaria rotativa:
- Crea una fuerza centrífuga al girar a la velocidad del eje (1X)
- La magnitud de la fuerza es proporcional a la masa de desequilibrio, el radio y el cuadrado de la velocidad.
- Produce círculos o elípticos órbita del eje
- Corregible a través de equilibrando procedimientos
2. Desalineación
Desalineación del eje La interacción entre máquinas acopladas crea tanto fuerzas radiales como vibración axial:
- Vibración radial principalmente 2X (dos veces por revolución).
- También genera armónicos 1X, 3X y superiores.
- La vibración axial elevada acompaña a la vibración radial
- Relaciones de fase entre rodamientos para el diagnóstico del tipo de desalineación
3. Defectos mecánicos
Diversos problemas mecánicos producen patrones característicos de vibración radial:
- Defectos de los cojinetes: Impactos de alta frecuencia en frecuencias de falla de rodamientos
- Eje doblado o arqueado: Vibración 1X similar a un desequilibrio, pero presente incluso a baja velocidad de rodadura.
- Flojedad: Múltiples armónicos (1X, 2X, 3X) con comportamiento no lineal
- Grietas: Vibración 1X y 2X con cambios durante el arranque/apagado
- Frotamientos: Componentes subsíncronos y síncronos
4. Fuerzas aerodinámicas e hidráulicas
Las fuerzas de proceso en bombas, ventiladores y compresores crean una fuerza radial:
- Frecuencia de paso de las palas (número de palas × RPM)
- Desequilibrio hidráulico debido a un flujo asimétrico
- Desprendimiento de vórtices y turbulencia del flujo
- Recirculación y funcionamiento fuera de diseño
5. Condiciones de resonancia
Cuando se opera cerca velocidades críticas, La vibración radial se amplifica drásticamente:
- La frecuencia natural coincide con la frecuencia de excitación.
- La amplitud está limitada únicamente por el sistema. mojadura
- Potencial de niveles de vibración catastróficos
- Requiere márgenes de separación adecuados en el diseño.
Estándares y parámetros de medición
Unidades de medida
La vibración radial puede expresarse mediante tres parámetros relacionados:
- Desplazamiento: Distancia real de desplazamiento (micrómetros µm, mils). Se utiliza para maquinaria de baja velocidad y mediciones con sonda de proximidad.
- Velocidad: Velocidad de cambio de desplazamiento (mm/s, in/s). Es la más común en maquinaria industrial general y constituye la base de las normas ISO.
- Aceleración: Tasa de cambio de velocidad (m/s², g). Se utiliza para mediciones de alta frecuencia y detección de defectos en rodamientos.
Normas internacionales
La serie ISO 20816 proporciona límites de severidad de vibración radial:
- ISO 20816-1: Directrices generales para la evaluación de vibraciones en maquinaria
- ISO 20816-3: Criterios específicos para máquinas industriales > 15 kW
- Zonas de severidad: A (bueno), B (aceptable), C (insatisfactorio), D (inaceptable)
- Ubicación de la medición: Normalmente en alojamientos de rodamientos en dirección radial
Normas específicas del sector
- API 610: límites de vibración radial de las bombas centrífugas
- API 617: Criterios de vibración de compresores centrífugos
- API 684: Procedimientos de análisis de la dinámica de rotores para la predicción de vibraciones radiales
- NEMA MG-1: Límites de vibración del motor eléctrico
Técnicas de monitorización y diagnóstico
Monitoreo de rutina
Los programas estándar de monitorización de vibraciones miden la vibración radial:
- Recopilación basada en rutas: Mediciones periódicas a intervalos fijos (mensuales, trimestrales)
- Tendencia general del nivel: Registrar la amplitud total de vibración a lo largo del tiempo
- Límites de alarma: Establecido según las normas ISO o las normas específicas del equipo.
- Comparación: Actual frente a línea base, horizontal frente a vertical
Análisis avanzado
El análisis detallado de vibraciones radiales proporciona información de diagnóstico:
- Análisis FFT: Espectro de frecuencia que muestra los componentes de vibración
- Forma de onda de tiempo: Señal de vibración a lo largo del tiempo que revela transitorios y modulación
- Análisis de fases: Relaciones temporales entre puntos de medición
- Análisis de órbita: patrones de movimiento de la línea central del eje
- Análisis de envolvente: Demodulación de alta frecuencia para la detección de defectos en rodamientos
Monitoreo continuo
Los equipos críticos suelen contar con un sistema permanente de monitorización de vibraciones radiales:
- Sondas de proximidad para la medición directa del movimiento del eje
- Acelerómetros montados permanentemente en alojamientos de rodamientos
- Tendencias y alertas en tiempo real
- Integración del sistema de protección automática
Diferencias horizontales vs verticales
Relaciones de amplitud típicas
En muchas máquinas, la vibración radial vertical supera a la horizontal:
- Efecto de gravedad: El peso del rotor crea una deflexión estática, afectando la rigidez vertical.
- Rigidez asimétrica: Las estructuras de cimentación y soporte suelen ser más rígidas horizontalmente.
- Relación típica: Es común una vibración vertical de 1,5 a 2 veces la horizontal.
- Efecto de equilibrio de peso: Los contrapesos colocados en la parte inferior del rotor (de fácil acceso) reducen preferentemente la vibración vertical.
Diferencias diagnósticas
- Desequilibrar: Puede manifestarse con mayor intensidad en una dirección dependiendo de la ubicación del desequilibrio.
- Flojedad: Suele mostrar una no linealidad más pronunciada en la dirección vertical.
- Cuestiones fundamentales: Las vibraciones verticales son más sensibles al deterioro de los cimientos.
- Desalineación: Puede presentar un aspecto diferente en horizontal y vertical según el tipo de desalineación.
Relación con la dinámica del rotor
La vibración radial es fundamental para dinámica del rotor análisis:
Velocidades críticas
- Las frecuencias naturales radiales determinan velocidades críticas
- La primera velocidad crítica suele corresponder al primer modo de flexión radial
- Diagramas de Campbell Predicción del comportamiento de la vibración radial en función de la velocidad
- Los márgenes de separación respecto a las velocidades críticas impiden vibraciones radiales excesivas.
Formas de moda
- Cada modo de vibración radial tiene una forma de deflexión característica
- Primer modo: curvatura de arco simple
- Segundo modo: curva en S con punto nodal
- Modos superiores: patrones cada vez más complejos
Consideraciones de equilibrio
- El equilibrado tiene como objetivo reducir la vibración radial a una frecuencia de 1X.
- Coeficientes de influencia relacionar los pesos de corrección con los cambios de vibración radial
- Ubicaciones óptimas del plano de corrección basadas en modos de vibración radiales
Métodos de corrección y control
Por desequilibrio
- Balance de campo utilizando analizadores portátiles
- Un solo plano o equilibrio de dos planos procedimientos
- Equilibrado de precisión en taller para componentes críticos
Para problemas mecánicos
- Alineación de precisión para corregir la desalineación
- Sustitución de rodamientos por defectos en los rodamientos
- Ajuste de componentes sueltos
- Reparaciones de cimientos por problemas estructurales
- Enderezamiento o sustitución de ejes doblados
Para cuestiones de resonancia
- Cambios de velocidad para evitar rangos de velocidad críticos
- Modificaciones de rigidez (diámetro del eje, cambios en la ubicación del cojinete)
- Mejoras en la amortiguación (amortiguadores de película fluida, selección de cojinetes)
- Los cambios de masa modifican las frecuencias naturales.
Importancia en el mantenimiento predictivo
La monitorización de vibraciones radiales es la piedra angular de los programas de mantenimiento predictivo:
- Detección temprana de fallos: Los cambios en la vibración radial preceden a las fallas por semanas o meses.
- Tendencias: Los aumentos graduales indican problemas en desarrollo
- Diagnóstico de fallas: El contenido de frecuencia identifica tipos de fallas específicos.
- Evaluación de gravedad: La amplitud indica la gravedad y la urgencia del problema.
- Programación del mantenimiento: Mantenimiento basado en condiciones en lugar de en tiempo
- Ahorro de costes: Previene fallos catastróficos y optimiza los intervalos de mantenimiento.
Como principal medida de vibración en maquinaria rotativa, la vibración radial proporciona información esencial sobre el estado del equipo, lo que la hace indispensable para garantizar un funcionamiento fiable, seguro y eficiente de los equipos rotativos industriales.
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