¿Qué es una grieta en un eje? Detección y diagnóstico • Equilibrador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el equilibrado dinámico de trituradoras, ventiladores, desbrozadoras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores. ¿Qué es una grieta en un eje? Detección y diagnóstico • Equilibrador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el equilibrado dinámico de trituradoras, ventiladores, desbrozadoras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores.

¿Qué es una grieta en el eje? Detección y diagnóstico

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Comprensión de las grietas en los ejes de la maquinaria rotativa

Definición: ¿Qué es una grieta en el eje?

A grieta del eje Una grieta es una fractura o discontinuidad en un eje giratorio que se desarrolla por fatiga, concentración de tensiones o defectos del material. Las grietas suelen iniciarse en la superficie y se propagan hacia el interior perpendicularmente a la dirección de la tensión máxima. En la maquinaria rotativa, las grietas en los ejes son extremadamente peligrosas porque pueden pasar de un pequeño defecto indetectable a la fractura completa del eje en cuestión de horas o días, lo que puede provocar una falla catastrófica del equipo.

Las grietas en los ejes producen características distintivas. vibración firmas, en particular un componente característico 2× (dos veces por revolución) que aparece a medida que se desarrolla la grieta. Detección temprana mediante análisis de vibraciones es fundamental para prevenir la falla total del eje y los riesgos de seguridad asociados.

Causas comunes de grietas en los ejes

1. Fatiga por tensiones cíclicas

La causa más común, particularmente en maquinaria rotativa:

  • Fatiga por flexión: Un eje giratorio con rigidez o cargas desiguales genera tensión de flexión cíclica.
  • Fatiga torsional: Par oscilante en ejes de transmisión de potencia
  • Fatiga de alto ciclo: Millones de ciclos de estrés se acumulan a lo largo de los años de funcionamiento.
  • Concentración del estrés: Las ranuras para chaveteros, los agujeros, los redondeos y las discontinuidades geométricas concentran la tensión.

2. Condiciones de funcionamiento

  • Excesivo Desequilibrar: Las elevadas fuerzas centrífugas generan tensión de flexión
  • Desalineación: Los momentos flectores derivados de la desalineación aceleran la fatiga
  • Funcionamiento por resonancia: Operando en o cerca de velocidades críticas crea altas deflexiones
  • Sobrecarga: Funcionamiento más allá de los límites de diseño
  • Estrés térmico: Ciclos rápidos de calentamiento/enfriamiento o gradientes térmicos

3. Defectos de materiales y fabricación

  • Inclusiones materiales: Escoria, huecos o material extraño en el material del pozo
  • Tratamiento térmico inadecuado: Endurecimiento o revenido inadecuado
  • Defectos de mecanizado: Marcas de herramientas, hendiduras o arañazos que crean concentradores de tensión
  • Corrosión por picaduras: Corrosión superficial que crea puntos de inicio de grietas
  • Preocupación: En interfaces de ajuste a presión o chaveteros

4. Eventos operacionales

  • Eventos de exceso de velocidad: Exceso de velocidad de emergencia o accidental que genera altas tensiones
  • Frotamientos severos: El contacto genera calor y concentración de tensiones locales.
  • Carga de impacto: Cargas repentinas derivadas de alteraciones en el proceso o impactos mecánicos
  • Reparaciones anteriores: Soldadura o mecanizado que introduce tensiones residuales

Síntomas de vibración de un eje agrietado

El componente característico 2×

La vibración característica de un eje agrietado es un signo prominente. 2× (segundo armónico) componente:

¿Por qué se desarrolla la vibración 2×?

  • Una grieta se abre y se cierra dos veces por cada revolución a medida que gira el eje.
  • Cuando la grieta está en compresión (parte inferior de la rotación), la rigidez es mayor.
  • Cuando la grieta está en tensión (en el punto más alto de rotación), se abre y la rigidez disminuye.
  • Este cambio de rigidez de dos veces por revolución genera una fuerza doble.
  • La amplitud se duplica a medida que la grieta se propaga y aumenta la asimetría de rigidez.

Indicadores de vibración adicionales

  • 1× Cambios: Aumento gradual de la vibración 1× debido a la rigidez modificada y la curvatura residual
  • Armónicos superiores: Las clasificaciones 3× y 4× pueden aparecer a medida que aumenta la gravedad de las grietas.
  • Cambios de fase: El ángulo de fase cambia durante el arranque/desaceleración o a diferentes velocidades.
  • Comportamiento dependiente de la velocidad: La vibración puede variar de forma no lineal con la velocidad.
  • Sensibilidad a la temperatura: La vibración puede correlacionarse con la apertura/cierre de grietas por expansión térmica.

Características de arranque/parada

  • El componente 2× muestra un comportamiento inusual durante los transitorios.
  • Puede mostrar dos picos en Diagrama de Bode (a la mitad de cada velocidad crítica)
  • Los cambios de fase del componente 1× pueden diferir de la respuesta normal al desequilibrio.

Métodos de detección

Monitoreo de vibraciones

Análisis de tendencias

  • Monitorear la relación 2X/1X a lo largo del tiempo
  • Un aumento gradual de la amplitud al doble es una señal de advertencia.
  • Una relación 2X/1X superior a 0,5 justifica una investigación.
  • Cambios repentinos en el patrón de vibración sospechosos

Análisis espectral

  • Regular FFT análisis que muestra armónicos
  • Comparar los espectros actuales con los espectros de referencia históricos.
  • Esté atento a la aparición o el crecimiento de un pico de 2x.

Análisis transitorio

  • Gráficos de cascada durante el arranque/desaceleración
  • Diagramas de Bode que muestran la amplitud y la fase en función de la velocidad
  • Comportamiento inusual en pasos de velocidad crítica

Métodos sin vibración

1. Inspección por partículas magnéticas (MPI)

  • Detecta grietas superficiales y subsuperficiales
  • Requiere una superficie de eje accesible
  • Alta fiabilidad en la detección de grietas
  • Parte de las inspecciones de mantenimiento rutinarias

2. Ensayos por ultrasonidos (UT)

  • Detecta grietas internas y superficiales
  • Puede detectar grietas antes de que produzcan síntomas de vibración.
  • Requiere equipo especializado y personal capacitado.
  • Recomendado para ejes críticos

3. Inspección por líquidos penetrantes

  • Método sencillo para la detección de grietas superficiales
  • Requiere limpieza y preparación de la superficie.
  • Útil para zonas accesibles durante cortes de energía.

4. Pruebas de corrientes de Foucault

  • detección de grietas superficiales sin contacto
  • Ideal para inspección automatizada
  • Eficaz en materiales magnéticos y no magnéticos

Respuesta y medidas correctivas

Medidas inmediatas tras la detección

  1. Aumentar la frecuencia de monitoreo: De mensual a semanal o diario
  2. Reducir la severidad operativa: Reduzca la velocidad o la carga si es posible.
  3. Plan de cierre: Programe la reparación o el reemplazo lo antes posible si es seguro.
  4. Realizar END: Confirme la presencia de grietas y evalúe su gravedad.
  5. Evaluación de riesgos: Determinar si la operación continua es segura

Soluciones a largo plazo

  • Sustitución del eje: La solución más fiable para grietas confirmadas
  • Reparación (casos limitados): Algunas grietas pueden eliminarse mediante mecanizado y reconstrucción con soldadura (requiere evaluación de un experto).
  • Análisis de causa raíz: Identificar por qué se desarrolló la grieta para prevenir su reaparición.
  • Modificaciones de diseño: Abordar las concentraciones de tensión, mejorar la selección de materiales, modificar las condiciones de funcionamiento

Estrategias de prevención

Fase de diseño

  • Eliminar esquinas puntiagudas y concentraciones de tensión
  • Utilice radios de redondeo generosos en los cambios de diámetro.
  • Especifique los materiales adecuados para los niveles de estrés y el entorno.
  • Realizar un análisis de tensiones por elementos finitos
  • Aplicar tratamientos superficiales (granallado, nitruración) para mejorar la resistencia a la fatiga

Fase operativa

  • Mantener una buena calidad del equilibrio para minimizar la tensión de flexión cíclica
  • Asegurar una alineación precisa
  • Evite operar a velocidades críticas.
  • Prevención de incidentes por exceso de velocidad
  • Controlar las tensiones térmicas mediante un calentamiento/enfriamiento adecuado.

Fase de mantenimiento

  • Inspecciones periódicas utilizando métodos de END apropiados
  • Programas de análisis de tendencias de vibración para detectar síntomas tempranos
  • Equilibrado periódico para minimizar las tensiones por fatiga
  • Prevención de la corrosión y mantenimiento de recubrimientos

Las grietas en los ejes representan una de las fallas potenciales más graves en la maquinaria rotativa. La combinación del monitoreo de vibraciones (para detectar señales características de 2×) y las inspecciones no destructivas periódicas ofrece la mejor estrategia para la detección temprana de grietas, lo que permite un mantenimiento planificado antes de que se produzca una falla catastrófica.

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