Identificación del aflojamiento mecánico mediante el análisis del espectro de vibraciones

Las holguras mecánicas suelen clasificarse en dos categorías principales: holguras estructurales y holguras de componentes giratorios. Esta clasificación ayuda a identificar la causa raíz y a aplicar las medidas correctivas adecuadas.

Las causas subyacentes de la holgura mecánica son polifacéticas y pueden incluir:

1. Malas prácticas de instalación o montaje
2. Desgaste prolongado de los componentes
3. Daños en los cimientos o en la estructura de base
4. Deterioro o fallo de piezas individuales
5. Holguras excesivas en los ajustes de los componentes
6. Apriete incorrecto de las fijaciones
7. Ciclos de dilatación y contracción térmicas

La holgura mecánica actúa como un amplificador de las vibraciones, exacerbando los problemas existentes, como desequilibrios y desalineaciones. Este efecto de amplificación puede provocar una cascada de fallos a medida que progresa la holgura, causando potencialmente un desgaste acelerado, fatiga e incluso averías catastróficas en casos graves.

Aunque no existe una norma universalmente aceptada para clasificar los tipos de holguras, los profesionales del sector y los analistas de vibraciones reconocen comúnmente tres tipos distintos de holguras mecánicas. Cada tipo presenta características únicas en términos de espectros de frecuencia de vibración y relaciones de fase:

1. Tipo A: Soltura estructural (por ejemplo, pernos de montaje sueltos, cimientos agrietados o débiles).
2. Tipo B: Holgura de los componentes giratorios (por ejemplo, holgura excesiva entre los componentes giratorios y fijos).
3. Tipo C: Soltura no lineal (por ejemplo, pies de montaje desalineados o deformados).

1. Tipo A: estructura y cimientos sueltos

1. Fenómeno de la holgura y medidas de tratamiento

Este tipo de holgura engloba los siguientes fallos:

- Estructuras sueltas o resistencia inadecuada en la zapata del equipo, la placa base y los cimientos de hormigón.

- Deterioro o rotura de la lechada.

- Deformación del armazón o de la base.

- Pernos de anclaje sueltos, etc.

Estos problemas de holgura pueden observarse fácilmente en la obra, y su impacto destructivo suele ser significativo. En casos graves, pueden agravar los desequilibrios o desajustes del equipo.

Medidas de tratamiento:

• Reforzar los cimientos y corregir la estructura.
• Apriete pernos sueltosetc.

Para los equipos que ya están desequilibrados o desalineados, es importante abordar el desequilibrio o la desalineación simultáneamente.

2. Espectro típico de frecuencias de aflojamiento y características básicas

El espectro de frecuencias típico de la holgura se representa en la figura 1, y las características fundamentales reveladas por la holgura se presentan en la tabla 1.

Fig. 1 Diagrama típico del espectro de aflojamiento del tipo A

Cuadro 1 Características básicas reflejadas por la holgura de tipo A

Notas:

• Esta característica típica de la holgura es comparable a la vibración causada por un rotor desequilibrado o excéntrico, y pueden diferenciarse en función de la fase.
• Normalmente, las vibraciones elevadas se concentran en un solo rotor (como el conductor, la máquina accionada o la caja de cambios), lo que las distingue del desequilibrio o la desalineación, ya que las vibraciones elevadas causadas por estos problemas no se limitan a un solo rotor.
• En algunos casos excepcionales, como los pernos utilizados para fijar el asiento del cojinete de la bomba, la fuerza se ejerce en dirección axial. Si estos pernos se aflojan, la vibración axial a 1x velocidad será elevada, pareciendo un fallo de desalineación. Sin embargo, una vez apretados estos pernos, la vibración se reducirá.

2. Tipo B: aflojamiento causado por movimiento de rodadura o fractura estructural y fractura del pedestal del rodamiento.

1. Fenómeno de la holgura y medidas de tratamiento

Este tipo de holgura sólo se produce cuando se dan los siguientes fallos:

• Una estructura o base de apoyo dañada.
• Una inestabilidad causada por la desigual longitud de los pies de apoyo, en ocasiones.
• Pernos del asiento del cojinete sueltos en casos raros.
• Pequeños problemas de ajuste con rodamientos sueltos o piezas inadecuadas (sin impacto significativo).

Estos problemas de holgura también pueden observarse in situ, pero los problemas de coincidencia de los componentes internos sólo pueden detectarse y confirmarse mediante desmontaje y examen.

Medidas de tratamiento:

La vibración puede reducirse sustituyendo las piezas dañadas, arreglando el ajuste de las piezas incorrectas, apriete de pernosetc.

2. Espectro típico de frecuencias de aflojamiento y características básicas

El espectro de frecuencias típico de la holgura se representa en la figura 2, y las características fundamentales reflejadas por la holgura se presentan en la tabla 2.

Fig. 2 Diagrama típico del espectro de aflojamiento del tipo B

Cuadro 2 Características básicas reflejadas por la holgura de tipo B

Notas:

- En condiciones normales, estos síntomas de vibración no se producirán si no hay otras fuerzas de excitación.

- Si la flojedad es causada por el cojinete flojo del pedestal del cojinete o las piezas flojas en el eje, la vibración permanecerá sobre todo en la 1x- y 2x-velocidad hasta que empeore en una pulsación o un impacto.

En este caso, la pulsación dará lugar a la no linealidad de la forma de onda en el dominio del tiempo, dando lugar a muchos armónicos que son más graves que la holgura de tipo C.

- A veces, el fallo del acoplamiento se ve agravado por la fractura y la flojedad del pie del equipo, lo que provoca desgaste y flojedad en el bloque elástico del acoplamiento. Este espectro también muestra armónicos que superan la holgura de tipo C.

3. Tipo C: holgura causada por rodamientos sueltos o ajuste incorrecto entre componentes.

1. Fenómeno de la holgura y medidas de tratamiento

Este tipo de holgura engloba los siguientes fallos:

- Rodamientos sueltos en el pedestal de rodamientos.

- Excesivo juego interno en los rodamientos.

- Casquillos de cojinete sueltos en el asiento del cojinete.

- Rotor suelto.

- Rodamientos o anillos de rodadura sueltos, etc.

Estos problemas pueden observarse abriendo la tapa del pedestal del rodamiento. Este tipo de holguras están directamente asociadas a los rodamientos y ejes de los equipos giratorios.

Cuando la holgura es grave, los rodamientos, ejes o piezas de acoplamiento relacionadas sufrirán desgaste o, en casos graves, el equipo giratorio puede bloquearse por completo.

Medidas de tratamiento:

Puede solucionarse sustituyendo el rodamiento o el casquillo y ajustando el ajuste entre los componentes.

2. Espectro típico de frecuencias de aflojamiento y características básicas

El espectro típico de frecuencias de aflojamiento se muestra en la Fig. 3, y las características básicas reflejadas por su aflojamiento se muestran en la Tabla 3.

Fig. 3 Diagrama típico del espectro de aflojamiento del tipo C

Cuadro 3 Características básicas reflejadas por la holgura de tipo C

Notas:

- El aflojamiento también puede producirse después de que el componente haya alcanzado su temperatura de funcionamiento y haya sufrido una dilatación térmica.

- La presencia de un pico 1/2x distinto sugiere que existe un problema de aflojamiento más complejo, posiblemente relacionado con la fricción.

- Cuando el rotor, como el impulsor de una bomba, está suelto, la fase cambia después de cada arranque.

- El espectro de vibraciones de este tipo de holguras, caracterizado por muchos armónicos de 1×-velocidad, indica en realidad un problema más grave, como holguras en los rodamientos y en la rodadura de los aros.

Este problema puede provocar sujeción y fallos importantes del equipo.