¿Qué es el roce en maquinaria rotativa? Contacto por fricción • Equilibrador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el equilibrado dinámico de trituradoras, ventiladores, mulcheras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores. ¿Qué es el roce en maquinaria rotativa? Contacto por fricción • Equilibrador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el equilibrado dinámico de trituradoras, ventiladores, mulcheras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores.

¿Qué es el rozamiento en maquinaria rotativa? Contacto por fricción

Publicado por admin en

Comprensión del rozamiento en maquinaria rotativa

Definición: ¿Qué es el frotamiento?

Frotamiento es el contacto por fricción y el movimiento de deslizamiento relativo entre componentes giratorios y estacionarios en la maquinaria. Este término enfatiza el aspecto de fricción continua de contacto rotor-estator, lo que lo distingue del contacto o los impactos leves e intermitentes. El roce genera fuerzas de fricción, produce un calor significativo mediante el trabajo de fricción y crea una superficie distintiva. vibración Patrones caracterizados por remolinos hacia atrás, componentes subsincrónicos y efectos térmicos.

El término “rozamiento” se usa a menudo indistintamente con “rozamiento del rotor”, aunque el rozamiento a veces enfatiza los aspectos de fricción y térmicos del contacto, mientras que el rozamiento del rotor puede incluir todas las formas de contacto, incluidos los raspados ligeros o los impactos.

Mecánica de la fricción por rozamiento

Modelo de fricción de Coulomb

El roce sigue los principios de la fricción seca (fricción de Coulomb):

  • Fuerza de fricción: F = µ × N, donde µ es el coeficiente de fricción y N es la fuerza normal
  • Dirección: Siempre se opone al movimiento relativo entre superficies
  • Coeficientes típicos: Acero sobre acero µ ≈ 0,3-0,5; acero sobre material de sellado µ ≈ 0,2-0,4
  • Generación de calor: Todo el trabajo de fricción se convierte en calor.

Fuerzas tangenciales y normales

Durante el frotamiento:

  • Fuerza normal: Empuja radialmente hacia adentro sobre el rotor
  • Fuerza de fricción: Actúa tangencialmente, oponiéndose a la rotación.
  • Fuerza resultante: Esta combinación tiende a frenar el rotor y a desviarlo hacia atrás.
  • Aumento del par motor: La fricción disipa potencia, aumentando la necesidad de par motor.

Patrones de vibración característicos

Remolino hacia atrás

La característica más distintiva del frotamiento es el giro hacia atrás (inverso):

  • La fuerza de fricción crea una componente tangencial que impulsa el movimiento orbital hacia atrás.
  • Eje órbita gira en sentido contrario a la rotación del eje
  • Frecuencia típicamente subsíncrona (menos de 1× la velocidad)
  • Frecuencias comunes: 0,5×, 0,33×, 0,25× (órdenes fraccionarios)
  • La forma de la órbita suele ser irregular o distorsionada.

Características del espectro

  • Picos subsincrónicos: Múltiples picos por debajo de 1×, a menudo en armónicos fraccionarios.
  • Componente síncrono: 1× puede aumentar debido a las fuerzas de fricción
  • Armónicos superiores: 2×, 3×, 4× debido a la fricción no lineal
  • Ruido de banda ancha: Nivel de ruido elevado en todo el espectro
  • Espectro inestable: Los picos aparecen, desaparecen o cambian de frecuencia.

Características de la forma de onda temporal

  • Eventos impulsivos o picos cuando se inicia el contacto
  • Recorte o aplanamiento en las deflexiones máximas
  • forma de onda irregular, no sinusoidal
  • Patrones de batido de múltiples frecuencias presentes

Efectos térmicos del roce

Generación de calor

La fricción convierte la energía mecánica en calor:

  • Tasa: Potencia disipada = Fuerza de fricción × Velocidad de deslizamiento
  • Magnitud: Frotamiento ligero: 10-100 vatios; frotamiento intenso: kilovatios
  • Concentración: Calor concentrado en una pequeña área de contacto
  • Aumento de temperatura: En casos extremos, las temperaturas locales pueden superar los 500 °C.

Desarrollo del arco térmico

El ciclo de retroalimentación calor-vibración:

  1. La fricción inicial genera calor en un lado del eje.
  2. El calentamiento asimétrico crea arco térmico
  3. La curvatura térmica aumenta la deflexión del eje
  4. Una mayor deflexión provoca un roce más severo.
  5. A mayor frotamiento se genera más calor
  6. Los comentarios positivos pueden conducir a un fracaso rápido.

Efectos térmicos secundarios

  • Calentamiento de los cojinetes: Calor conducido a través del eje a los cojinetes
  • Degradación del petróleo: Las temperaturas excesivas degradan el lubricante.
  • Cambios materiales: Transformaciones de fase o cambios metalúrgicos en las zonas afectadas por el calor
  • Estrés térmico: Puede iniciar grietas en regiones sometidas a estrés térmico.

Métodos de detección

Monitoreo de vibraciones

  • Alarmas subsíncronas: Alerta en picos a 0,3-0,5 veces la velocidad de carrera
  • Monitoreo de órbitas: Análisis automatizado de órbitas que detecta el remolino inverso
  • Cambios espectrales: Algoritmos para detectar la aparición repentina de múltiples armónicos
  • Recorte de forma de onda: Detección de distorsión no sinusoidal

Monitoreo de temperatura

  • Sensores de temperatura de rodamientos con alarmas de aumento rápido
  • Monitoreo de temperatura infrarroja de secciones de eje expuestas
  • Monitoreo de la diferencia de temperatura (cojinete superior vs. cojinete inferior)
  • Alarmas de velocidad de cambio (p. ej., > 5 °C/minuto)

Indicadores adicionales

  • Aumento del par motor: El consumo de energía aumenta debido a la fricción.
  • Fluctuación de velocidad: Pequeñas variaciones de velocidad debidas a variaciones del par de fricción
  • Emisión acústica: Sonido de alta frecuencia por contacto
  • Inspección visual: Desgaste, decoloración, daños visibles

Acciones de respuesta

Acciones inmediatas

  1. Reducir la gravedad: Disminuya la velocidad o la carga si es seguro hacerlo.
  2. Vigilar atentamente: Observación continua de vibraciones y temperatura
  3. Preparación para el cierre: Tenga listo el sistema de parada de emergencia.
  4. Parada de emergencia: Si la vibración o la temperatura aumentan
  5. Permitir enfriamiento: Accione el mecanismo giratorio o deje que se enfríe de forma natural antes de la inspección.

Investigación

  • Inspeccione si hay evidencia física de contacto.
  • Medir las holguras en las zonas sospechosas de roce
  • Compruebe si hay curvatura térmica o curvatura permanente del eje
  • Identificar la causa raíz (vibración excesiva, espacio insuficiente, etc.).

Acciones correctivas

  • Aumentar las holguras: Mecanizar las zonas dañadas o sustituir los componentes
  • Abordar la causa raíz: Equilibrar el rotor, corregir la alineación, solucionar los problemas de los rodamientos
  • Reemplazar las piezas dañadas: Sellos, componentes de rodamientos, secciones de ejes según sea necesario
  • Verificar autorizaciones: Confirme que hay suficiente espacio libre en todos los lugares antes de reiniciar.

El roce es una de las fallas más graves relacionadas con la vibración en la maquinaria rotativa. Su potencial de rápida propagación mediante retroalimentación térmica exige un reconocimiento inmediato, una respuesta rápida y una corrección exhaustiva para prevenir fallas catastróficas en equipos críticos.

← Volver al índice principal

Categorías:
WhatsApp