Comprensión del arranque en el análisis de maquinaria rotativa
Período previo —también conocida como prueba de arranque o de aceleración— es el proceso de acelerar una máquina rotativa desde el reposo (o desde una velocidad baja) hasta su velocidad normal de funcionamiento, mientras se registran continuamente vibración y otros parámetros. Dentro de dinámica del rotor, una prueba de aceleración es un procedimiento de diagnóstico que registra el comportamiento de la máquina a lo largo de la aceleración, lo que proporciona pruebas empíricas directas de su velocidades críticas, su resonancia características y la forma en que gestiona la fase transitoria de arranque. Dado que puede integrarse en un arranque rutinario, las pruebas de aceleración son una de las formas más prácticas de evaluar periódicamente el estado dinámico del rotor, ya que complementan Pruebas de desaceleración sin que sea necesario realizar ningún apagado especial.
1. Finalidad y aplicaciones
Verificación de la velocidad crítica
El objetivo principal de una prueba de aceleración es determinar y caracterizar las velocidades críticas de la máquina:
- La amplitud de la vibración alcanza su valor máximo a medida que la máquina acelera al pasar por cada velocidad crítica.
- La altura de ese pico refleja la disponibilidad mojadura y la intensidad de la resonancia.
- Una característica de 180° fase El hecho de que el desplazamiento se produzca a través del pico confirma que se trata de una resonancia auténtica y no de una coincidencia fortuita.
- La prueba identifica todas las velocidades críticas entre cero y la velocidad de funcionamiento, en el orden en que la máquina las alcanza.
Validación del procedimiento de arranque
Una prueba de aceleración confirma que el procedimiento de puesta en marcha descrito es realmente adecuado:
- La velocidad de aceleración es lo suficientemente rápida como para superar las velocidades críticas sin detenerse.
- Las amplitudes de vibración se mantienen dentro de los límites de seguridad en todo momento.
- Se tienen en cuenta los efectos de la dilatación térmica durante el calentamiento.
- Los periodos de mantenimiento de velocidad se sitúan correctamente lejos de las velocidades críticas.
Pruebas de puesta en servicio y aceptación
- Comprobación del funcionamiento durante el primer arranque de un equipo nuevo.
- Demostrar que se cumplen las especificaciones de diseño.
- Establishing base datos para compararlos en el futuro.
- Validación del modelo dinámico del rotor y de sus predicciones comparándolas con la realidad.
Evaluación periódica del estado de la máquina
- Comparación del ensayo de aceleración actual con los valores históricos de referencia.
- Detectar cambios en la ubicación de la velocidad crítica, que delatan alteraciones mecánicas, como la aparición de una grieta o una modificación de la rigidez del soporte.
- Detectar un aumento de la amplitud a una velocidad crítica, lo que indica una reducción de la amortiguación o un desequilibrio creciente.
- Avisar con antelación de los problemas cuando aún se están gestando.
2. Procedimiento de la prueba de aceleración
Configuración previa a la prueba
- Instalación del sensor: monte acelerómetros o transductores de velocidad en cada cojinete, tanto en dirección horizontal como vertical.
- Referencia de fase: fit a tacómetro o fase clave para proporcionar tanto la velocidad como la referencia de fase.
- Sistema de adquisición de datos: configúralo para que grabe de forma continua y a alta velocidad durante todo el proceso de arranque, en lugar de realizar capturas periódicas.
- Sistemas de seguridad: Comprueba que todos los dispositivos de protección funcionen correctamente y configura la vibración niveles de viaje antes de que gire una sola rueda.
Ejecución de pruebas
- Condición inicial: Máquina en reposo, todos los sistemas listos.
- Iniciar grabación antes de que se active el variador, de modo que se capta el inicio mismo del transitorio.
- Iniciar el arranque siguiendo el procedimiento habitual o uno modificado deliberadamente.
- Aceleración controlada: acelerar a través de las velocidades críticas al régimen definido.
- Supervisar de forma continua, vigilando la vibración en tiempo real por motivos de seguridad.
- Alcanzar la velocidad de funcionamiento, continuando hasta las condiciones normales de funcionamiento.
- Stabilise: permitir el equilibrio térmico y mecánico.
- Stop recording solo después de que se haya registrado todo el proceso transitorio y un periodo de funcionamiento en régimen estable.
Consideraciones sobre la tasa de aceleración
- Too fast: Se recogen muy pocos datos a cada velocidad, por lo que es posible que se pase por alto una velocidad crítica sin registrarla.
- Too slow: el rotor permanece demasiado tiempo en una resonancia, lo que puede provocar daños, y las condiciones térmicas varían durante la prueba.
- Tasa típica: Entre 100 y 500 rpm por minuto es lo adecuado para la mayoría de los equipos industriales.
- Zonas de velocidad crítica: la máquina puede acelerarse más rápidamente al pasar por las velocidades críticas conocidas, con el fin de minimizar el tiempo que permanece en amplitudes elevadas.
En los accionamientos en los que la tasa de aceleración viene determinada por el par del motor y la inercia del rotor, en lugar de poder elegirse libremente, un calculadora de tiempo de aceleración del rotor calcula el tiempo que tardará la máquina en alcanzar la velocidad de rotación, lo que ayuda a confirmar que se superarán las velocidades críticas con la rapidez suficiente.
3. Métodos de análisis de datos
Análisis del diagrama de Bode
La presentación habitual de un arranque (runup):
- Vibración de la gráfica amplitud frente a la velocidad en la traza superior.
- Traza el ángulo de fase en función de la velocidad en la gráfica inferior.
- Las velocidades críticas se manifiestan como picos de amplitud acompañados de transiciones de fase: la combinación característica que distingue una verdadera resonancia.
- Compara el resultado con los criterios de aceptación y las predicciones del diseño.
En Diagrama de Bode es la pieza clave aquí precisamente porque muestra la amplitud y la fase a la vez, las dos magnitudes que, juntas, confirman una resonancia.
Diagrama en cascada / Gráfico de cascada
- A gráfico de cascada stacks the espectro de frecuencias a diferentes velocidades en un mapa tridimensional que muestra cómo evoluciona el espectro en función de la velocidad.
- Muestra el componente síncrono 1× desplazándose en diagonal con la velocidad.
- Las resonancias de frecuencia natural fijas se manifiestan como características verticales que no varían con la velocidad.
- Es ideal para detectar componentes subsincrónicos o supersincrónicos que un solo espectro podría ocultar.
Seguimiento de pedidos
- Análisis de pedidos expresa la vibración en órdenes —múltiplos de la velocidad de funcionamiento— en lugar de en frecuencia absoluta.
- El componente 1× se mantiene en la misma línea de orden a lo largo de todo el proceso de aceleración, lo que permite aislar el forzamiento relacionado con la velocidad.
- Las frecuencias naturales fijas, por el contrario, cruzan las líneas de orden a medida que cambia la velocidad.
- Esta función resulta especialmente útil en equipos de velocidad variable.
4. Comparación: aceleración frente a desaceleración
La imagen especular de una aceleración (runup) es una descenso, en la que la máquina, una vez desconectada, se frena por su propia fricción y resistencia aerodinámica. Ambas revelan las mismas velocidades críticas, pero en condiciones opuestas:
| Aspecto | Período previo | descenso |
|---|---|---|
| Dirección | Aumentando la velocidad | Disminuyendo la velocidad |
| Energy state | Añadiendo energía | Disipando energía |
| Temperatura | De frío a cálido | De cálido a frío |
| Controlar | Activo (tasa ajustable) | Pasiva (desaceleración natural) |
| Duración | Más corto (aceleración motorizada) | Más largo (solo por fricción y resistencia del aire) |
| Frecuencia | Cada startup | Cada apagado |
| Riesgo | Mayor (acelerando hacia la resonancia) | Menor (desacelerando fuera de resonancia) |
Cuándo utilizar cada método
- Se prefiere la aceleración (runup): cuando el arranque está controlado y se puede ajustar su velocidad; cuando se necesitan datos a temperatura de funcionamiento; y para la supervisión rutinaria integrada en los arranques normales.
- Se prefiere la desaceleración (coastdown): para pruebas en las que la seguridad es fundamental; cuando se desea un paso más lento y suave por las velocidades críticas; y cuando es más sencillo simplemente cortar la alimentación que organizar un arranque controlado. Un sistema específico análisis de desaceleración aisla las resonancias estructurales puras, ya que no hay ninguna fuerza eléctrica ni relacionada con el accionamiento.
- Both methods: Una evaluación exhaustiva compara el comportamiento en condiciones de alta y baja temperatura y confirma que ambos coinciden, lo que constituye una importante comprobación de la coherencia.
5. Consideraciones especiales para los rotores flexibles
A rotor flexible funciona por encima de una o varias de sus velocidades críticas, por lo que su puesta en marcha es, por naturaleza, más exigente que la de un rotor rígido.
Múltiples velocidades críticas
- El rotor debe superar la primera, la segunda y, posiblemente, la tercera velocidad crítica durante su subida.
- Cada una requiere una velocidad de aceleración adecuada para que el rotor no se quede estancado en ninguna resonancia.
- El tiempo total de arranque puede prolongarse hasta varios minutos.
- Es fundamental realizar un control de las vibraciones a todas las velocidades críticas, no solo a la más alta.
Estrategia de aceleración
- Aceleración lenta por debajo de la primera velocidad crítica, lo que permite la preparación térmica.
- Paso rápido de cada zona de velocidad crítica para limitar la amplitud que puede acumularse.
- Posibles puntos de parada a velocidades intermedias para la estabilización térmica.
- Aceleración final a una velocidad de funcionamiento que se sitúe por encima de todas las velocidades críticas.
6. Sistemas automatizados de arranque
La maquinaria moderna suele automatizar la secuencia de puesta en marcha en lugar de dejarla en manos del control manual:
- Perfiles de aceleración programables con velocidades de aceleración optimizadas para cada rango de velocidad.
- Control basado en vibraciones que ajusta la velocidad de aceleración automáticamente en función de la vibración detectada.
- Bloqueos por temperatura que mantienen la aceleración hasta que se cumplan los criterios térmicos.
- Paradas de seguridad que hace que la máquina se desconecte automáticamente si la vibración supera los límites establecidos.
- Data logging que registra y archiva cada inicio para analizar las tendencias.
7. Predicción y verificación de velocidades críticas
Un arranque resulta más útil cuando sus picos medidos pueden compararse con lo previsto. La velocidad a la que deberían aparecer las resonancias puede estimarse de antemano — una calculadora de velocidad crítica del rotor ofrece una primera estimación de la velocidad crítica más baja de un eje, mientras que un Calculadora de diagramas de Campbell muestra cómo las frecuencias naturales cruzan la línea de velocidad de giro a medida que cambia la velocidad. Al comparar los picos medidos en el arranque con los previstos Diagrama de Campbell Esto permite tanto validar el modelo como señalar cualquier resonancia inesperada para su análisis.
El mismo instrumento de campo que se utiliza para el equilibrado resulta igualmente adecuado para registrar una prueba de aceleración. Un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A registra la amplitud y la fase en función de la velocidad a lo largo de toda la aceleración, generando los gráficos de Bode y espectrales que un ingeniero necesita para localizar las velocidades críticas y confirmar que se superan de forma segura; además, cuando la prueba de aceleración revela un pico provocado por un desequilibrio, permite equilibrar el rotor in situ a velocidad de funcionamiento y comprobar la mejora en el siguiente arranque.
Las pruebas de arranque proporcionan datos esenciales y reales sobre el comportamiento de la maquinaria rotativa en el momento más exigente: la fase transitoria de arranque. La recopilación periódica de datos de arranque y su comparación a lo largo del tiempo permite detectar a tiempo los problemas incipientes, valida los procedimientos de arranque y garantiza un paso seguro por todos los rangos de velocidades críticas.
