Plantear un Analisis de Vibraciones Mecanicas en un equipo de Refino Papelero

Uno de los aspectos que es de vital importancia a la hora de afrontar cualquier proceso de optimización en maquinaria es caracterizar sus vibraciones mecanicas. Para ello se ha de conocer el funcionamiento del equipo y analizar cuáles serían las fuerzas que actuan y los patrones de movilidad generados.

analisis de vibraciones mecanicas en industria

En el contexto del Sector Papelero, y dado que en entradas previas de la etiqueta ya se habló de rodillos, agitadores y baja velocidad, afrontaremos en esta ocasión el analisis de vibraciones mecanicas en los Refinos, equipos auxiliares de los procesos seguidos en la Máquina de Papel. Pero antes de entrar al meollo daremos una lista de

Pasos para Analisis de Vibraciones Mecanicas

que serían comunes independientemente del tipo de equipo elegido, si bien se contextulizarán a la máquina en estudio:

  • Funcionamiento

Se ha de conocer cuál es la función y modo de operación del equipo; en este caso concreto el

Refino de Discos MP1

se usa para refinar la fibra de papel mediante la separación de la micro fibrilla del resto de componentes de la pasta. Para ello se usan 2 platos ranurados que retienen el material de menor gramaje en sus dientes dejando pasar al material más pesado hacia el plato exterior. Aquí lo tenéis representado de manera esquemática:

funcionamiento y analisis de vibraciones mecanicas

Si no es entiende bien en el croquis los discos presentan diferentes diámetros, girando el 2 y estando estático el 1 de tal modo que el material pesado circula entre ambos hacia la tobera de salida; el menos pesado queda retenido en las pestañas del disco 1 y 2 pero nunca circularía entre ambos.

  • Componentes

Si bien se encuentra íntimamente relacionado con lo anterior se ha de conocer el detalle de qué componentes presenta el equipo. En este caso concreto serían:

Motor Eléctrico

Se trata del accionamiento, en este caso es de velocidad fija (1500 rpm).Sobre él se monta un acoplamiento para transmitir el giro al resto de elementos.

Reductor

Existe una reducción de potencia para garantizar el adecuado par mecánico en el sistema de separación (ya sabéis inversamente proporcional a la RPM) reduciendo la velocidad a la mitad más o menos en relación a la existente en el motor. De igual manera monta un acoplamiento para transmitir el giro al resto de componentes.

Refino

El sistema anteriormente representado gira a 730 rpm y presenta además un cuerpo de apoyo con 2 rodamientos y la propia carcasa en la que se monta el disco 1 representado anteriormente además todo el sistema de toberas para la salida del material. Todo el equipo se apoya en una bancada de hormigón rígida.

configuración para vibraciones mecanicas

Obviamente este punto presenta su importancia pues

las vibraciones mecanicas se transmiten,

y mucho, en el sentido transversal de cualquier cadena cinemática.

  • Datos Técnicos

Si hasta ahora teníamos la foto y nombre del sujeto (imaginaos que estuviéramos realizando un DNI de la máquina) el siguiente paso sería dar la dirección, teléfonos, …. En este caso sería concretar los datos de velocidad, potencia, rodamientos, ….

Velocidad

El motor gira a 1500 rpm, el reductor de 2 ejes tiene como velocidades 1500 y 750 mientras que el refino tiene 750.

Potencia

Puede ser relevante conocer la potencia del motor que en este caso es de 60 Kw

Apoyos

La parte rotativa obviamente se apoya en la carcasa mediante rodamientos en toda la cadena cinemática.

Otros

Son importantes si bien el encabezado lo generalizo con un «despectivo» otros, pues hablaríamos de:

Impulsor del Refino

Ya se mostró el croquis con anterioridad si bien cabría indicar que el número de ranuras es del orden de 50, contándolas en el repuesto existente en almacén.

Rotores del Reductor

En este caso un juego de piñón corona pero no se conoce el número de dientes en ninguno de ellos si bien suele ser elevado (en la corona podría tener 75-80).

Dientes en el Acoplamiento

Nos referimos al elemento de unión entre ejes de motor y reductor, y reductor y Refinador que no se conoce pero que no será elevado (se trata de acoplamiento de tacos y láminas respectivamente).

Dientes en el Refino

Para transmitir el giro desde el eje motriz al disco de refino se monta un pequeño piñón que engrana con la corona montada en el disco con un número elevado de dientes (contándolo en almacén 120).

analisis de vibraciones mecanicas

A partir de aquí podríamos definir los

Patrones de Comportamiento Vibracional

para lo que simplemente se han de establecer las fuerzas que actuarían en el equipo que ya conocemos tan bien. Cualquier fuerza presenta un comportamiento en relación al giro de la máquina, siendo su comportamiento explicado con anterioridad en la entrada movimiento armonico simple, es decir un fenómeno oscilatorio que presenta una determinada frecuencia de oscilación. Esa será la variable que se trate de caracterizar a continuación.

En base a todo lo anterior podemos decir que aparecen fuerzas debidas a:

  • Rotores

Cualquier rotor de los que aparecen anteriormente puede desequilibrarse por perder o ganar masa puntualmente. En ese caso la fuerza (ondulatoria) presenta una frecuencia igual a la velocidad de giro de cada componente desequilibrado.

  • Elementos de Unión

En todo elemento de unión puede producirse tensión o torsión por un mal montaje o una incorrecta alineación de ejes. En estos casos las fuerza (ondulatorio y pulsante) se manifiestan a frecuencias iguales a la velocidad de giro y al doble de esta. (obviamente esto para cada componente en estudio).

  • Sistemas de Apoyo

Los rodamientos presentan su propia velocidad de giro si bien en cualquier caso las fuerzas aparecen en forma repetitiva y pulsante a frecuencias que oscilan desde la mitad de la velocidad de giro a 6 veces esta. (para cada eje analizado).

  • Otros

Lo mismo de antes, sin ánimo de quitar importancia aquí entrarían en juego el resto de componentes: dientes de engranajes de transmisión, elementos de refino, ….

Engranajes

Aparecen componentes de esfuerzo repetitivos a a frecuencias de valor el número de dientes multiplicado por la velocidad de cada eje.

Refino

En este caso el número de ranuras es el mismo en disco 1 y 2, 45, y aparecerían fuerzas repetitivas de frecuencia 45 veces la velocidad de giro del eje del refino.

En este punto ya casi tenemos el estudio completado, dado que

conocida la fuerza se conocen las vibraciones mecanicas

pues estas que no son otra cosa que la respuesta del sistema soporte ante este paquete de excitaciones.

Ya explicamos en la entrada indicada con anterioridad (movimiento armonico simple, no repitiendo el enlace para que no me penalice San Google) que cuando se componen fuerzas que presentan la misma base de frecuencia (en este caso la velocidad de giro de cada eje) se producen fenómenos de suma lineal de todos los fenómenos de excitación. Por otro lado nuestro sistema soporte es rígido absorbiendo parte de la energía de la vibración y pudiendo considerarse que no existe excesiva transmisión residual entre componentes.

influencias en analisis de vibraciones mecanicas

Por ello ya podríamos indicar cuáles serían las

Vibraciones Mecanicas del Refino MP1

mostrándose sólo aquellas que son perfectamente conocidas en términos de la frecuencia que presentaría la movilidad respuesta del sistema soporte.

Desequilibrio

Frecuencia 1500 cpm motor, y 750 cpm Refinador. Olvidamos la reductora pues no es habitual que presenten este problema.

Desalineación

Frecuencia 1500 y 3000 cpm motor y 750, 1500 cpm Refinador. Teniendo en cuenta que la reductora va a generar vibración en alta frecuencia la desalineación se detectaría en esa zona y su caracterización excede el alcance de esta entrada.

Problemas en Refino

Frecuencia 45×750 es decir, 33750 cpm por incorrecto trabajo en el proceso seguido por el equipo.

Es decir que el espectro firma característico sería (recordar la entrada espectro de vibracion):

espectro de analisis de vibraciones mecanicas

Comentaros como parte final del artículo que este problema se presentó en uno de los Refinos seguidos en un

Programa de Mantenimiento

de la industria papelera.  En él se controlaban 2 equipos como el analizado hasta ahora, de idénticas características y en el que tras una serie de medidas de vibración se detectaron alarmas en base a los niveles establecidos por comparativa entre equipos (recordar la entrada control de turbinas de aireación en este sentido) de tal modo que los

Niveles Existentes en Refino MP1 triplicaban los del  MP2

El analisis de vibraciones mecanicas concluyó que la diferencia radicaba en la amplitud del pico a 45x asociado a fenómenos de incorrecta operación.

¿Como plantear la Recomendación?

Es decir ante la problemática existente y plantearse cómo reducir esos niveles de vibración que indudablemente afectaban al rendimiento del equipo. En este sentido tras la conversación mantenida con el cliente (se trataba de un sistema de consultoría remota) se pensó en la posibilidad de un deterioro en el sistema de calado del disco móvil en el eje (pequeño piñón) y/o problemas de holguras en rodamientos soporte, de tal forma que los

2 discos no se situaban perfectamente concéntricos generando esa elevada vibración por proceso. 

Y así fue, pues las medidas posteriores a la revisión indicada (cambio del piñón de calado) y alineación así lo confirmaron. Obviamente para la realización de tal diagnóstico se contó con más información sobre analisis de vibraciones mecanicas en rodamientos, alta frecuencia y otros pero que no tienen mayor sentido plantear en esta entrada que pretende mostrar la metodología y datos necesarios para caracterizar

el Patrón de Vibraciones Mecanicas en cualquier Equipo Rotativo

 Bueno, pues hasta aquí la entrada de esta semana esperando que puedas utilizarla para entender las

Vibraciones de tus Equipos Rotativos,

y no sólo eso sino para identificar en consecuencia las metodologías más adecuadas para su seguimiento. Así en más de una ocasión nos hemos encontrado con departamentos de mantenimiento donde las bases de datos se encontraban incorrectamente configuradas para detectar todos los patrones de vibraciones mecanicas que pudieran aparecer en sus equipos. Los motivos, simplemente falta de concienciación sobre varios de los aspectos aquí planteados, y en otros casos simplemente no disponer de la documentación técnica.

Este segundo caso es menos grave pues como sabéis existen tablas de diagnóstico para interpretar los diferentes problemas vibracionales, sin que sea preciso conocer con este nivel de detalle las características de cada equipo. Por eso sería conveniente que aplicaras esta metodología para conocer todos los patrones posibles de vibraciones, que se registrarán y se tomarán las medidas adecuadas para mejorar los elementos inadecuados detectados en el proceso (falta de datos sobre rodamientos, acoplamientos, …). De ese modo ganarás tiempo en todos los trabajos futuros de predictivo, además de un mayor grado de calidad en tus analisis de vibraciones mecanicas.

Piensa que calidad no es sólo detectar un problema sino saber comunicarlo con datos y certeza a gestores de producción y planta, pues no has de olvidar que

Mantenimiento es fundamentalmente Asesoría y Comunicación.

Me despido hasta la próxima entrada, no sin antes pedirte que aportes tus comentarios o experiencias sobre el particular  e indicarte que si quieres que te mejore alguno de los aspectos indicados en la entrada no tienes más que ponerte en contacto con mi dirección de correo.

soporte en analisis de vibraciones mecanicas

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