Comprensión de la vibración de arranque en maquinaria rotativa
Definición: ¿Qué es la vibración de arranque?
Vibración de arranque se refiere a la vibración características y comportamiento de la maquinaria rotativa durante el período de aceleración desde el reposo hasta la velocidad normal de funcionamiento. Esto abarca tanto lo esperado vibración transitoria a medida que la máquina pasa a través velocidades críticas y cualquier fenómeno de vibración anormal que pueda ocurrir específicamente durante la fase de arranque, como por ejemplo: arco térmico, inestabilidades de los cojinetes o asentamiento mecánico.
Comprender y controlar las vibraciones durante el arranque es fundamental para el funcionamiento seguro de la máquina, ya que muchos problemas relacionados con las vibraciones se manifiestan con mayor claridad durante los arranques, y el transitorio de arranque puede ser el período de funcionamiento con mayor estrés mecánico.
Características típicas de vibración durante el arranque
Progresión normal de la vibración de arranque
En una máquina que funciona correctamente, la vibración durante el arranque sigue un patrón predecible:
Fase inicial (Velocidad 0-20%)
- Vibración muy baja de desequilibrar (fuerza proporcional a la velocidad²)
- Cualquier vibración significativa indica problemas mecánicos o arco térmico
- La vibración a baja velocidad proporciona una base de referencia para el estado mecánico.
Aceleración a través de velocidades críticas
- La amplitud de vibración aumenta a medida que nos aproximamos a cada velocidad crítica.
- Amplitud máxima a la velocidad crítica (resonancia)
- Disminución rápida a medida que la velocidad continúa superando la velocidad crítica
- 180° fase cambiar a través de cada velocidad crítica
- Múltiples picos si existen múltiples velocidades críticas por debajo de la velocidad de operación
Enfoque de la velocidad operativa
- La vibración se estabiliza en un nivel de estado estacionario.
- Principalmente un componente 1× procedente del desequilibrio residual
- La estabilización térmica puede provocar cambios graduales durante los primeros 30-60 minutos.
Problemas comunes de vibración al arrancar
1. Arco térmico
Arco térmico es el problema de vibración más común específico de las startups:
- Síntoma: Vibración elevada durante la aceleración inicial, que disminuye gradualmente a medida que la máquina se calienta.
- Causa: Calentamiento asimétrico que crea una curvatura temporal del eje
- Frecuencia: 1× síncrono
- Comportamiento: Alta incluso a bajas velocidades de laminación; disminuye al alcanzarse el equilibrio térmico.
- Solución: Procedimientos de calentamiento prolongados, operación de engranajes de giro
2. Vibración excesiva a velocidad crítica
- Síntoma: Se producen picos de vibración muy altos al pasar por velocidades críticas.
- Causas: Pobre mojadura, alto desequilibrio, funcionamiento demasiado cerca de la velocidad crítica
- Riesgo: Daños potenciales en los rodamientos y sellos durante cada arranque.
- Solución: Mejorar el equilibrio, aumentar la tasa de aceleración en las zonas críticas, añadir amortiguación.
3. Frotar durante la aceleración
- Síntoma: Vibración repentina e irregular y componentes subsíncronos
- Causa: Holguras insuficientes, vibración excesiva a velocidad crítica que provoca contacto
- Riesgo: Daños térmicos, destrucción del sello
- Solución: Verificar holguras, mejorar el equilibrio, aceleración más lenta
4. Inestabilidad de los cojinetes durante el arranque
- Síntoma: Vibración subsíncrona que se desarrolla durante la aceleración
- Causa: El rodamiento aún no ha alcanzado la temperatura de funcionamiento ni la rigidez/amortiguación óptimas.
- Comportamiento: Puede desaparecer a medida que el rodamiento se calienta.
- Solución: Calentamiento prolongado a velocidad intermedia antes de la aceleración máxima
Diseño del procedimiento de puesta en marcha
Optimización de la tasa de aceleración
La tasa de aceleración debe adaptarse a las características de la máquina:
Zonas de aceleración lenta
- Arranque inicial (velocidad 0-10%): Muy lento para detectar problemas térmicos o mecánicos
- A continuación, el primer punto crítico: Ritmo moderado para el calentamiento térmico
- Por encima de todo lo crítico: Puede acelerar más rápidamente hasta alcanzar la velocidad de funcionamiento.
Zonas de paso rápido
- Rangos de velocidad crítica: Acelerar rápidamente (±15-20% alrededor de cada velocidad crítica)
- Tarifa típica: 2-5 veces la tasa de aceleración normal
- Objetivo: Minimizar el tiempo de resonancia, limitar la acumulación de amplitud de vibración.
Puntos de espera
- Velocidades de estabilización térmica: Mantener en 30%, 50%, 70% para turbinas grandes
- Duración: 10-30 minutos en cada retención
- Objetivo: Permitir la estabilización térmica, reducir los gradientes térmicos
- Comprobación de vibraciones: Verifique que la vibración sea aceptable antes de continuar.
Criterios de seguimiento y aceptación
Monitoreo en tiempo real
Durante el arranque, monitorizar:
- Nivel de vibración general: No debe exceder los límites de alarma a ninguna velocidad.
- Temperaturas de los cojinetes: Un aumento gradual es aceptable; un aumento rápido indica problemas.
- Seguimiento de velocidad: Confirme que la máquina acelera suavemente.
- Ángulo de fase: Seguimiento para detectar cambios inesperados que indiquen problemas mecánicos
Criterios de aceptación
- Picos de velocidad crítica: Debe coincidir con las predicciones ±10-15%
- Amplitudes máximas: No debe exceder los límites de diseño (generalmente definidos en las especificaciones del equipo).
- Vibración en estado estacionario: Debería alcanzar niveles aceptables tras la estabilización térmica.
- Repetibilidad: Las startups sucesivas deben mostrar un comportamiento consistente.
Solución de problemas de vibración anormal al arrancar
Vibración inicial elevada
Posibles causas:
- Arco térmico debido al funcionamiento o apagado anterior.
- Arco mecánico o eje doblado
- Problemas en los rodamientos (desgaste, desalineación)
- Holgura o defectos mecánicos
Aumento de la vibración durante el calentamiento
Posibles causas:
- Desarrollo de arco térmico a partir de calentamiento asimétrico
- El crecimiento térmico afecta a la alineación
- La holgura de los cojinetes cambia con la temperatura
- Holguras de cierre por dilatación térmica que provocan roces
Vibración errática durante la aceleración
Posibles causas:
- Frotamiento o contacto intermitente
- componentes sueltos que se asientan o se desplazan
- Problemas de acoplamiento
- Comportamiento variable de los rodamientos
Documentación y datos de referencia
Puesta en marcha inicial
Establecer la firma de vibración de arranque de referencia:
- Registrar datos completos de la puesta en marcha
- Generar Diagramas de Bode y gráficos de cascada
- Documente todas las velocidades críticas y amplitudes máximas.
- Archivo como referencia para futuras comparaciones
Comparación periódica
- Comparar el inicio actual con la línea base
- Busque cambios en las ubicaciones de velocidad crítica (indican cambios mecánicos).
- Seguimiento de los cambios en las amplitudes máximas (indica desequilibrio o cambios en la amortiguación)
- Monitorear la presencia de nuevos componentes de vibración no presentes en la línea base.
El análisis de vibraciones durante el arranque proporciona información valiosa sobre el estado de la máquina, complementando la monitorización en estado estacionario. Muchos problemas incipientes se manifiestan con mayor claridad durante el arranque, lo que convierte el análisis de las tendencias de vibración en el arranque en una valiosa herramienta de mantenimiento predictivo para equipos rotativos críticos.
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