Medidas de desplazamiento, Velocidad o aceleración

Este artículo explica por qué las mediciones se realizan en desplazamiento., velocidad o aceleración como parte de un Monitoreo de vibraciones en mantenimiento predictivo.. A lo largo del texto vemos cómo la elección depende de la frecuencia del fenómeno., el tipo de defecto y el mecanismo de degradación física involucrado.

La elección entre medidas en desplazamiento, velocidad o aceleración no es arbitrario. Resulta de la forma en que cada una de estas cantidades se relaciona con la frecuencia de vibración y con el Mecanismo físico responsable de la degradación de la máquina..

Las tres cantidades describen exactamente el mismo movimiento vibratorio., pero enfatiza diferentes rangos de frecuencia y diferentes efectos mecánicos.

1. Relación física entre desplazamiento, velocidad y aceleración

Estas cantidades están unidas por derivadas temporales.:

• Velocidad = derivada del desplazamiento
• Aceleración = derivada de la velocidad

Para una vibración sinusoidal:

• desplazamiento: X(t) = X·sin(ωt)

Derivando en orden de tiempo, Se obtienen la velocidad y aceleración instantáneas.:

• Velocidad de vibración medida en la carcasa en mm/s rms(t) = dx/dt = Xω·cos(ωt) → amplitude de pico: V = Xω
• una(t) = dv/dt = −Xω²·pecado(ωt) → amplitude de pico: A = Xω²

O sea, las amplitudes máximas de cada cantidad son:

• velocidad: V = Xω
• aceleración: A = Xω²

donde:

• X = desplazamiento (amplitude de pico)
• V = velocidad (amplitude de pico)
• A = aceleración (amplitude de pico)
• ω = 2πf, donde f es la frecuencia (en Hz)

Esto resulta en un hecho fundamental:

• La velocidad aumenta proporcionalmente a la frecuencia.;
• la aceleración aumenta con el cuadrado de la frecuencia.

tan, La misma vibración puede parecer pequeña en desplazamiento y muy grande en aceleración si ocurre a alta frecuencia..

2. El factor más importante: la frecuencia del fenómeno

Bajas frecuencias

(< 10–20Hz)

Predomina el movimiento físico de la máquina..

Es más apropiado medir:

• desplazamiento

Ejemplos:

• desequilibrio de rotores grandes;
• oscilaciones estructurales;
• vibración del edificio;
• turbinas hidráulicas.

Frecuencias promedio

(10–1000 Hz aproximadamente)

La energía transmitida a la estructura está mejor representada por la velocidad..

Por eso se utiliza:

• velocidad RMS

Es el parámetro adoptado por las normas ISO para evaluar la severidad de las vibraciones..

Ejemplos:

• motores;
• bombas;
• ventiladores;
• reductores;
• compresores.

Altas frecuencias

(>1000 hz)

Las amplitudes de desplazamiento se vuelven extremadamente pequeñas.

Sin embargo, la aceleración crece rápidamente.

tan, medida:

• aceleración

Ejemplos:

• defectos de rodamientos;
• impactos;
• cavitación;
• engranajes;
• grietas;
• choques.

3. El mecanismo de degradación

La elección también depende del tipo de fallo..

tipo de defecto	Magnitud preferida	Justificación
desequilibrio	Desplazamiento o velocidad	Gran movimiento del rotor
desalineación	velocidad	Alta energía vibratoria
Días de descanso	Velocidad y aceleración	Movimienot + impactos
cojinetes	aceleración	Impactos de alta frecuencia
engranajes	aceleración	Altas frecuencias
cavitación	aceleración	Choques hidráulicos
Ejes en cojinetes hidrodinámicos.	desplazamiento	Movimiento relativo del eje

4. Relación con daños mecánicos

Cada cantidad está relacionada con un tipo diferente de esfuerzo..

desplazamiento

Se relaciona con:

• movimiento relativo;
• holguras;
• interferencia;
• contacto entre componentes.

Pregunta que responde:

cuanto se mueve la maquina?

velocidad

Se relaciona con:

• energía vibratoria;
• potencia transmitida;
• fatiga estructural.

Pregunta que responde:

¿Cuánta energía vibratoria se está transmitiendo??

Por eso es utilizado por ISO. 20816.

aceleración

Se relaciona con:

• fuerzas dinámicas.

Por la segunda ley de Newton,

F = m·a

mayor aceleración implica mayores fuerzas de inercia.

Pregunta que responde:

¿Qué fuerzas instantáneas actúan sobre la máquina??

Por lo tanto, es particularmente sensible a impactos y defectos incipientes..

5. Sensibilidad de frecuencia

Considere una vibración de desplazamiento constante.

A medida que aumenta la frecuencia:

frecuencia	desplazamiento	velocidad	aceleración
10 hz	alto	reducido	muy reducido
100 hz	igual	10× más grande	100× más grande
1000 hz	igual	100× más grande	10 000× más grande

consecuentemente:

• offset “favores” bajas frecuencias;
• La velocidad está aproximadamente equilibrada en una amplia gama de frecuencias.;
• La aceleración resalta las altas frecuencias..

Figura 1 – Desplazamiento, velocidad y aceleración en función de la frecuencia, para una amplitud de desplazamiento constante (escala logarítmica). La velocidad aumenta proporcionalmente a f y la aceleración a f², confirmando el comportamiento descrito en la tabla anterior.

A continuación puedes ver la vibración en el desplazamiento., Velocidad y aceleración en una máquina real..

6. Por qué se utiliza la velocidad en las normas ISO?

La velocidad constituye un compromiso entre desplazamiento y aceleración..

• No sobrevalora las bajas frecuencias;
• No sobrevalora las altas frecuencias;
• Se correlaciona bien con la energía vibratoria.;
• Se correlaciona bien con daños estructurales en muchas máquinas industriales..

Por eso, La mayoría de los estándares de evaluación de gravedad utilizan / s RMS mm.

7. Porque para detectar daños en los rodamientos utilizan la aceleración?

Cuando aparece un pequeño defecto en una pista de rodadura:

• el desplazamiento producido puede ser menor que 0,1 μm;
• la velocidad sigue siendo muy baja;
• pero el impacto genera aceleraciones de cientos de g durante unos microsegundos.

La aceleración permite detectar estos defectos mucho antes de que sean visibles en velocidad o desplazamiento.

8. Porque a API 670 utiliza desplazamiento?

En las turbomáquinas apoyadas sobre cojinetes hidrodinámicos, es importante conocer el movimiento del eje en relación al cojinete..

El parámetro crítico es:

• la órbita del eje;
• la holgura disponible;
• la posibilidad de contacto entre el eje y el rodamiento.

En estos casos, el desplazamiento se mide con sondas de proximidad., normalmente en μm pico-a-pico.

9. currículum

Grandeza	Mejor rango de frecuencia	Fenómenos que evidencia	Aplicaciones Típicas
desplazamiento (μm)	Bajas frecuencias	Movimiento físico y excursión del rotor.	Turbinas, cojinetes hidrodinámicos, grandes rotores, análisis de órbita
velocidad (/ s RMS mm)	Frecuencias promedio	Energía vibratoria y severidad global.	Motores, bombas, ventiladores, reductores, Monitoreo según ISO. 20816
aceleración (m/s² o g)	Altas frecuencias	Fuerzas dinámicas, impactos y defectos incipientes	cojinetes, engranajes, cavitación, shocks y diagnóstico precoz

10. Medidas de desplazamiento, Velocidad o aceleración – conclusión

Seleccionar entre desplazamiento, La velocidad y la aceleración dependen esencialmente de cuatro factores.:

1. El rango de frecuencia del fenómeno vibratorio;
2. El tipo de defecto que se pretende identificar;
3. El mecanismo físico de la degradación. (movimiento, energía o fuerza);
4. El propósito de la medición., si el seguimiento general, diagnóstico detallado o protección de la máquina.

Por este motivo, los sistemas modernos de seguimiento y análisis de vibraciones suelen registrar las tres cantidades simultáneamente., utilizando integración o diferenciación digital de la señal del acelerómetro, Proporcionar la información más adecuada para cada tipo de análisis..

En la práctica, la mayoría de recolectores y analizadores de datos Mide directamente la aceleración con un acelerómetro y obtiene la velocidad mediante integración digital de la señal., y desplazamiento por doble integración. Este proceso funciona bien, pero requiere algunos cuidados: La integración amplifica el ruido de baja frecuencia., por lo tanto es necesario aplicar filtros de paso alto (paso alto) adecuado para evitar derivas (deriva) y distorsiones en los valores calculados de desplazamiento y velocidad..

11. referencias

5. YO ASI 20816-1:2016 – Vibración mecánica. Medición y evaluación de la vibración de la máquina. Parte 1: Reglas generales.
6. YO ASI 20816-3:2022 – Vibración mecánica. Medición y evaluación de la vibración de la máquina. Parte 3: Máquinas industriales con potencia superior a 15 kW y velocidades de operación entre 120 r/min y 30 000 rpm.
7. YO ASI 20816-9:2020 – Vibración mecánica. Medición y evaluación de la vibración de la máquina. Parte 9: Cajas de cambios.
8. Estándar API 670, 5Décima Edición – Sistemas de Protección de Maquinaria, Instituto Americano de Petróleo.
9. YO ASI 13373-1 – Supervisión del estado y diagnóstico de las máquinas — Supervisión del estado de las vibraciones — Parte 1: Procedimientos generales.