Comprensión del análisis de arranque
Análisis de arranque es la medición y evaluación sistemática de vibración amplitud y fase mientras una máquina acelera desde el reposo o desde una velocidad baja hasta alcanzar su velocidad de funcionamiento. Mediante el registro continuo de datos a lo largo de puesta en marcha, un analista puede localizar cada velocidad crítica el rotor pasa por (cada uno aparece como un pico de amplitud), evalúa cuánto mojadura el sistema (por la nitidez de esos picos) pone de manifiesto fallos específicos del arranque, tales como arco térmico, y confirmar que el procedimiento de arranque en sí mismo es correcto. Los resultados se presentan normalmente como Diagramas de Bode — amplitud y fase en función de la velocidad — y gráficos de cascada que muestran cómo evoluciona todo el espectro a medida que la máquina acelera.
Esta técnica resulta indispensable en tres situaciones: la puesta en servicio de nuevos equipos, en la que se comprueba que la máquina real se comporta tal y como predijo el diseño de dinámica de rotores; la resolución de averías, en la que permite determinar si un problema de vibraciones durante la puesta en marcha se debe a la resonancia; y la evaluación periódica del estado de la máquina, en la que se compara la firma de la prueba de funcionamiento actual con una referencia histórica para detectar una degradación gradual antes de que se convierta en una avería.
1. Recopilación de datos
Para que una puesta en marcha sea eficaz, es fundamental captar los canales adecuados de forma continua, incluso antes de que la máquina empiece a moverse.
Medidas requeridas
- Vibración: registro continuo en la ubicación de cada cojinete.
- Velocidad: a tacómetro señal para poder monitorizar las revoluciones por minuto en todo momento.
- Fase: un pulso por revolución, que proporciona la referencia de fase que hace posible el diagrama de Bode.
- Duración: todo el proceso transitorio, desde la orden de arranque hasta alcanzar la velocidad de funcionamiento estable.
- Muestreo: ya sea una captura verdaderamente continua o instantáneas temporales muy próximas entre sí.
Configuración de instrumentación
- Un analizador multicanal o un sistema de adquisición de datos.
- Acelerómetros en todos los cojinetes, preferiblemente en las direcciones horizontal, vertical y axial.
- Un tacómetro óptico o láser activado por una banda de cinta reflectante en el eje.
- Grabación activada antes de La aceleración comienza, por lo que no se pierden las primeras revoluciones.
En el caso de las máquinas más pequeñas, los mismos parámetros esenciales —amplitud, fase y revoluciones por minuto sincronizadas— pueden medirse con un analizador portátil de dos canales. El Balanset-1A registra la amplitud y la fase de la señal 1× en relación con la referencia del tacómetro láser a medida que el rotor acelera, de modo que los datos que alimentan los gráficos de Bode y en cascada pueden captarse en los propios cojinetes de la máquina in situ, en lugar de solo en un tren equipado de forma permanente con instrumentos.
2. Resultados del análisis
El mismo conjunto de datos registrados puede representarse de varias formas complementarias, cada una de las cuales revela una faceta diferente del comportamiento del rotor.
Diagrama de Bode
La representación estándar de la curva de aceleración, representada mediante un par de gráficos superpuestos:
- Parcela superior: Amplitud de la vibración en función de la velocidad.
- Parcela inferior: ángulo de fase en función de la velocidad.
- Velocidades críticas: se manifiestan como picos de amplitud acompañados de un desplazamiento de fase característico de 180°.
- Gráficos múltiples: uno por punto de medición y dirección.
Diagrama en cascada (Waterfall)
- Una representación pseudo-3D de la frecuencia, la velocidad y la amplitud juntas.
- Muestra la evolución espectral completa a lo largo de la serie.
- El componente 1× se desplaza en diagonal a medida que aumenta la velocidad.
- Frecuencias naturales aparecen como elementos verticales fijos.
- Cuando la línea diagonal 1× cruza una frecuencia natural vertical, se confirma una velocidad crítica.
Diagrama polar
- Un gráfico vectorial que combina la amplitud y la fase en un único diagrama.
- Dibuja una espiral característica a medida que el rotor atraviesa cada velocidad crítica.
- Ampliamente utilizado en el ámbito avanzado rotor-dinámica trabajar.
3. Información que revela la curva de aceleración
Identificación de velocidad crítica
- Los picos en el gráfico de amplitud indican las velocidades críticas.
- Un desplazamiento de fase de 180° que lo acompaña confirma que es auténtico resonancia en lugar de un bache pasajero.
- Se registran todas las velocidades críticas comprendidas entre cero y la velocidad de funcionamiento.
- Los valores medidos pueden compararse con las previsiones del diseño.
Evaluación de la amortiguación
- Picos agudos: bajo amortiguamiento (factor de amplificación Q ≈ 20–50): una resonancia de alta amplificación y un posible problema.
- Amplios picos: alta amortiguación (Q ≈ 5–10): un paso más suave y seguro por el punto crítico.
- Cuantitativo: La relación de amortiguación se puede calcular a partir de la anchura del pico utilizando el método de media potencia (−3 dB), lo cual se puede realizar fácilmente mediante un Calculadora de relación de amortiguamiento.
Márgenes de separación
- Asegúrese de que la velocidad de funcionamiento se mantenga bien por debajo de cualquier velocidad crítica.
- Un requisito habitual es un margen de ±20-30 %.
- Una separación adecuada garantiza un funcionamiento seguro y con pocas vibraciones.
- Una separación insuficiente conlleva el riesgo de trabajar en resonancia o cerca de ella.
Validación del procedimiento de arranque
- Compruebe que la velocidad de aceleración sea lo suficientemente rápida como para que el rotor supere cada velocidad crítica sin detenerse en ella.
- Compruebe que las vibraciones se mantengan dentro de los límites a cualquier velocidad durante todo el trayecto.
- Decida si es necesario establecer algún punto de control de velocidad.
4. Comparación con Coastdown
Una subida de velocidad alcanza su máxima potencia cuando se combina con su imagen especular, la descenso.
Similitudes
- Ambos determinan las velocidades críticas y las frecuencias naturales.
- Ambos utilizan las mismas técnicas de análisis y los mismos tipos de gráficos.
- Juntos proporcionan conjuntos de datos complementarios.
Diferencias
- En marcha: un aumento de la velocidad, una transición térmica de frío a calor y una aceleración motorizada capaz de impulsar rápidamente el rotor a través de un punto crítico.
- descenso: una reducción de la velocidad, una transición de cálido a frío y una desaceleración natural y espontánea provocada únicamente por la fricción y la resistencia del aire.
- Comparación: Las diferencias entre ambas curvas revelan efectos térmicos o dependientes de la carga; por ejemplo, una velocidad crítica que varía entre la fase de aceleración y la de desaceleración apunta a un soporte sensible a la temperatura.
5. Aplicaciones
Puesta en servicio
- Las primeras puestas en marcha de equipos totalmente nuevos.
- Comprobación de que la máquina cumple con las especificaciones de diseño.
- Establecimiento de una referencia para todas las comparaciones futuras.
- Un requisito habitual en las pruebas de aceptación contractuales.
Evaluación periódica
- Pruebas de aceleración anuales o semestrales.
- Comparación directa con el valor de referencia de puesta en servicio.
- Detección de cambios tales como la variación de las velocidades críticas o la reducción de la amortiguación.
- Datos de tendencias que indican una lenta degradación con el paso del tiempo.
Solución de problemas
- Diagnóstico de problemas de vibraciones al arrancar.
- Determinar si el problema está relacionado con la resonancia.
- Evaluar si una modificación —un nuevo soporte, una corrección del equilibrio, un aumento de la amortiguación— ha funcionado realmente.
En resumen, el análisis de la fase de arranque convierte una puesta en marcha ordinaria en una caracterización dinámica completa del rotor. Los diagramas de Bode, en cascada y polares que genera revelan las velocidades críticas, la amortiguación y el comportamiento de arranque de la máquina: la información que necesita un ingeniero para poner en servicio los equipos con confianza, supervisar su estado a lo largo de los años y llegar al origen de las vibraciones relacionadas con el arranque en la maquinaria rotativa.
