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.
En el contexto del Sector Papelero afrontaremos en esta ocasión el analisis de vibraciones mecanicas en los Refinos, equipos auxiliares de los procesos seguidos en la Máquina de Papel.
Debido a que son equipos caros (y críticos), aunque no por el tradicional criterio de disponibilidad de planta.
Pero antes de entrar al meollo daremos una lista de
Steps for
Analisis de Vibraciones Mecanicas
que serían comunes independientemente del tipo de equipo elegido, si bien se contextulizarán a la máquina en estudio.
Todo ello en muchos casos es simplemente conocido como oficina técnica, o documentación técnica.
Pero está en largos expedientes de papel / ordenador.
Por lo que se plasma aquí resumido; pero suele llevar su tiempo.
Dependerá de cada compañía: en SMURFIT (2003) esto llevo meses conseguirlo, en cambio en HOLMEN PAPER FUENLABRADA (2001) ni existía.
Es uno de los cuellos de botella del mantenimiento.
Para el analisis de vibraciones mecanicas necesario conocer:
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, algo muy habitual en analisis de vibraciones mecanicas (usar un esquema):
Si no se 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 hay para analisis de vibraciones mecanicas.
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. Ello reduce las vibraciones mecanicas indudablemente.
Obviamente este punto presenta su importancia pues
las vibraciones mecanicas se transmiten,
y mucho, en el sentido transversal de cualquier cadena cinemática. Se debe tener en cuenta para analisis.
Datos Técnicos
Si hasta ahora teníamos la foto y nombre del sujeto (analogía a realizar un DNI de la máquina) el siguiente paso sería dar la dirección, teléfonos, ….
Es decir 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 no es probable que generen vibraciones mecanicas), y 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).
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 en este caso.
Piñón del 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).
A partir de aquí podríamos definir los
Patrón de Vibraciones mecanicas
para lo que se han de establecer las fuerzas que actuarían en la máquina que ya conocemos.
Cualquier fuerza presenta un comportamiento en relación al giro de la máquina, siendo su comportamiento explicado con anterioridad en la entrada movimiento armonico simple,
- Fenómeno oscilatorio que presenta una determinada frecuencia de oscilación.
- Pero que son vibraciones mecanicas, en definitiva.
Esa fuerza se caracteriza para su interpretación en un gráfico, sobre el que realizar analisis de vibracoines mecanicas.
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 presenta una frecuencia igual a la velocidad de giro de cada componente desequilibrado (es una onda).
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 (puede ser ondulatoria o pulsante) se manifiestan a frecuencias iguales a la velocidad de giro y al doble de esta para el analisis de vibraciones mecanicas.
Sistemas de Apoyo
Los rodamientos presentan su propia velocidad de giro si bien en cualquier caso las fuerzas aparecen en pulsante:
- oscilan desde la mitad de la velocidad de giro a 6 veces esta. (para cada eje analizado). No se usa el analisis de vibraciones mecanicas, sino una adecuada elección de filtros electrónicos.
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 para analisis de vibraciones mecanicas.
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 todas las excitaciones.
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.
Aunque esto es un analisis de vibraciones mecanicas, desde el punto de vista de oficina técnica nada más; pues este último punto es cuestionable.
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 analisis de vibraciones mecanicas 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):
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 vibraciones 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.
¿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 (era un analisis de vibraciones mecanicas remoto) 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.
Suposición por analisis de vibraciones mecanicas
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 Equipos Rotativos,
y no sólo eso sino para identificar en consecuencia las metodologías más adecuadas para su seguimiento para analisis.
Así en más de una ocasión nos hemos encontrado con departamentos donde las bases de datos se encontraban incorrectamente configuradas para analisis de vibraciones mecanicas que pudieran crecer en el tiempo.
Los motivos, simplemente falta de concienciación sobre varios de los aspectos aquí planteados, y en otros casos simplemente no disponer de la documentación técnica.
Pero es forma de concatenación: es decir, la falta de documentación genera malos hábitos (esa falta de concienciación) en los técnicos.
Luego, al final, el problema se reduce a
Formación en vibraciones mecanicas.
Pues existen tablas de diagnóstico para interpretar los diferentes problemas vibracionales, sin que sea preciso conocer con detalle las características (DNI y resto de datos) de cada máquina.
Y teniendo el conocimiento en vibraciones mecanicas para usarlas; se evita que oficina técnica actue como un reino de taifas en la organización.
Lo mejor es trabajar con producción que, pese a dictatorial, sí tiene un modus operandi basado en «llegar a tiempo a las averías»; para lograr planificación.
Preditec – IRM
Empresa donde trabajé en mi carrera profesional (1997-2015): dado que el Proyecto Fin de Carrera (2014-2105) fue un documento prolijo con datos reales en la parte técnica; si bien la parte de gestión fue «simulada».
Pero en realidad «solo» fue entre 1997 y 2013, pues el Proyecto lo hice para trabajar como autónomo.
A lo que iba, ( Preditec – IRM ) es distribuidor oficial de certificación en vibraciones mecanicas para su analisis y seguimiento.
Cursos de la marca MOBIUS, vía un partner tecnológico que dirige David Faro que en 2013 era el director comercial de PReditec – IRM .
Esta formación en vibraciones mecanicas es «cara», pero se exige una nota para acceder al certificado y luego este tiene varios años de vigencia.
Client (server)
Protocolo ethernet y estadística de tiempos (kurtosis) para 7 servidores worldwide.
Desde webempresa (Barcelona) donde alojo este blog y web.
Además el diseño de la web, simple, para que «sea medianamente cierto» el comentario que aparece a pie de gráfico:
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