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Como es de conocimiento general, se distinguen tres tipos fundamentales de mantenimiento: el correctivo, llevado a cabo tras la ocurrencia de una falla; el preventivo, que consiste en la implementación de medidas antes de que se manifieste un fallo con el propósito de prevenirlo; y el predictivo, que emplea técnicas como el ultrasonido, termografía infrarroja, análisis de vibraciones, entre otras, para supervisar equipos y detectar señales tempranas de posibles fallas, posibilitando así la toma de medidas preventivas con la debida anticipación.
En este video, nos vamos a adentrar al mundo del mantenimiento industrial y hablaremos de una de las técnicas más populares del mantenimiento predictivo: el análisis de vibraciones.
El análisis de vibraciones consiste en la evaluación de las vibraciones mecánicas que produce un equipo en funcionamiento, lo cual sirve para determinar la salud del equipo evaluado y detectar posibles fallas en rodamientos, engranajes u otros elementos de la máquina.
¿Qué hace un analista de vibraciones? El analista de vibraciones debe ir a planta y colocar el sensor de vibración en los equipos que quiere monitorear. Dicha medición se guarda en la memoria del analizador y puede ir a su oficina para descargar la información en su computadora y analizar los datos.
Existen minutos de certificación para analistas de vibraciones. Las certificaciones se dividen en cuatro niveles: categoría uno, categoría dos, categoría tres y categoría cuatro. Los analistas de vibraciones categoría uno solo requieren seis meses de experiencia para certificarse y tienen un entendimiento básico del análisis de vibraciones. Generalmente, ellos son los encargados de tomar las mediciones en campo. Un analista de vibraciones categoría dos ya tiene más entrenamiento y conocimientos y ya está capacitado para poder interpretar los datos y diagnosticar fallas. Las categorías tres y cuatro ya son para análisis más complicados y específicos.
¿Cómo es posible medir las vibraciones? Para medir las vibraciones, se hace uso de un equipo llamado analizador de vibraciones, que vienen de distintas marcas y precios, algunos básicos y otros mucho más sofisticados, pero al mismo tiempo más costosos. Existen varios tipos de sensores para medir vibraciones, como por ejemplo, sondas de desplazamiento, transductores de velocidad y acelerómetros. El más utilizado en la actualidad es este último, ya que es el que nos brinda mayor información para poder analizar una serie de datos.
Generalmente, los acelerómetros están compuestos por un sistema de masa-cristal piezoeléctrico. Cuando un cristal piezoeléctrico experimenta deformación mecánica debido a una vibración o aceleración, genera una carga eléctrica. Expuesta a esta fuerza, esta carga eléctrica generada se transforma en una señal eléctrica proporcional a la aceleración o vibración que experimenta el cristal. Esta señal eléctrica es entonces amplificada y acondicionada para su uso en la medición y análisis de vibraciones.
Como su nombre lo indica, un acelerómetro mide la aceleración de vibración. Con la ayuda de un integrador, se puede obtener la velocidad de vibración y también el desplazamiento. Las tres magnitudes son útiles para distintos tipos de aplicaciones, pero la más utilizada en general es la velocidad de vibración, que en general se mide en milímetros por segundo.
¿Dónde se coloca el sensor? El sensor se coloca en el lugar de interés del analista de vibraciones, que generalmente es en los apoyos, ya que ahí dentro se alojan los rodamientos.
Como mencionamos hace un momento, las principales magnitudes que se miden en el análisis de vibraciones son el desplazamiento, velocidad y aceleración. ¿Pero aceleración de qué? Lo que se mide es la variación de la amplitud de las oscilaciones. Tranquilo, no te asustes. Ahora vamos a mostrar un ejemplo práctico.
Imagina que tienes un ventilador en funcionamiento. En un mundo ideal, el rotor del ventilador está totalmente balanceado y el acople alineado. En ese caso, las vibraciones serían inexistentes o muy, muy pequeñas. Pero en el mundo real, nada es perfecto. El rotor siempre tendrá un ligero desbalance y el acople tendrá un grado de desalineación. Si colocamos un reloj comparador en un eje desalineado, vamos a poder ver que la aguja se mueve cada vez que el eje da una vuelta. Ese desplazamiento de la aguja es el desplazamiento de la amplitud de vibración. Si instalamos una sonda de desplazamiento en el apoyo, podremos detectar la variación de la amplitud a medida que el motor gira.
Entonces, el nivel de vibración es proporcional a la amplitud de oscilación. Lo que obtenemos se llama forma de onda, que es la gráfica de la amplitud en función del tiempo. Si usamos la sonda de desplazamiento, pues vamos a obtener la amplitud del desplazamiento en función del tiempo, y si usamos un acelerómetro, lo que vamos a obtener es la variación de la amplitud de la aceleración en función del tiempo.
Como dijimos antes, basta que tengamos los datos de aceleración obtenidos por nuestro acelerómetro. Ya con software integrado del analizador de vibraciones, se puede obtener la velocidad y el desplazamiento a partir de la aceleración haciendo integraciones matemáticas. ¿Recuerdas tus clases de cálculo? Si derivas el desplazamiento con respecto al tiempo, obtienes velocidad. Si derivas la velocidad con respecto al tiempo, obtienes la aceleración, y el proceso inverso es la integración.
Aquí se muestra un simulador de Mobius Institute que muestra la relación entre desplazamiento, velocidad y aceleración.
Además de las vibraciones por desbalance, también existen otras fuentes de vibración en el equipo. Por ejemplo, si el rotor del ventilador tiene seis álabes, entonces por cada vez que pase un álabe se generará una amplitud. Esas vibraciones tendrán una frecuencia más corta. Entonces, por cada vuelta del eje se van a tener seis picos de amplitud de los álabes. También se podrá detectar las vibraciones del otro apoyo del eje, las vibraciones de los rodamientos, las vibraciones de las poleas de la correa, etcétera. Incluso si hay un operador bailando y saltando cerca de la máquina, el sensor también captará sus vibraciones.
Como podemos apreciar, cada fuente de vibración tiene su propia frecuencia. Entonces, para poder distinguir entre las distintas fuentes de vibración, lo que se hace es aplicar la transformada de Fourier para poder aislar cada función sinusoidal y de esa forma se puede generar un gráfico de la amplitud de vibración en función a la frecuencia. Esta gráfica se llama espectro de frecuencias. Ah, ¿y tú pensabas que en la universidad no te iba a servir para nada la transformada de Fourier? No.
Gracias a la transformada de Fourier, podemos analizar cada componente de la máquina de forma separada. Simplemente observando el espectro de vibraciones, podemos tener una idea si el defecto de falla viene por desbalance, por desalineación, por rodamientos, etcétera. Por ejemplo, en el caso de los rodamientos, cada modelo de rodamiento tiene una característica distinta: diámetro externo, diámetro interno, número de elementos rodantes, etcétera. Todas esas características van a hacer que cada rodamiento tenga su propio frecuencia de falla, y el analista de vibraciones incluso puede detectar qué parte del rodamiento tiene la falla.
Por ejemplo, en esta animación, imagina que el rodamiento tiene una falla en la pista externa. Entonces, esta falla tendrá una frecuencia llamada BPFO, que es frecuencia de pista externa por sus siglas en inglés. Si la falla está presente en la pista interna, entonces tendrá otra frecuencia que se va a llamar BPFI, frecuencia de pista interna. O si la falla está en el elemento rodante, también tendrá su respectiva frecuencia de falla, BSF, frecuencia de elemento rodante.
Hay muchas otras cosas que se puede analizar con el análisis de vibraciones, como por ejemplo, la falta de lubricación, cavitación, fallas en engranajes, fallas en motores eléctricos, soltura, desalineación, desbalance, etcétera. Hasta se puede balancear rotores con ayuda de un analizador de vibraciones, conectando dos sensores en un apoyo para detectar el desfase y corregirlo, pero en este video de introducción no vamos a tocar estos temas más complejos.
Existe también un valor que te da una medida general de vibración. Te da una idea del estado de una máquina sin entrar en mucha profundidad de analizar gráficos de forma de onda o espectros. Se llama valor global de vibración. El valor global es como una suma de todas las frecuencias de vibración encontradas en la máquina para darnos un número único con el que podemos tener una idea del estado de la máquina. Así como cuando evalúas el estado de salud de un ser humano, un número simple es el índice de masa corporal, que te indica la relación que existe entre tu peso y estatura. Puede darte una idea general si tienes sobrepeso o si estás dentro de un rango aceptable de peso, pero este número ignora otros datos importantes como por ejemplo, el porcentaje de grasa corporal, el porcentaje de masa muscular, la relación entre grasa visceral y grasa subcutánea, la masa ósea, etcétera, etcétera.
De la misma manera, el valor global de vibración te da una idea general del estado de la máquina. Este número puede ser medido por analizadores de vibración bastante sencillos y económicos, y puedes entrenar a operadores sin conocimientos avanzados de vibraciones para que hagan esa tarea.
Aquí te presento una tabla de la norma ISO 18016, que es una norma que regula las vibraciones mecánicas. En esta tabla se muestran rangos de vibración global y la severidad de la falla para cada caso. Es importante recordar que el valor global es solo un número y no te da toda la información que puede ser valiosa al momento de detectar una falla y tomar decisiones importantes.
En conclusión, el análisis de vibraciones es una técnica de monitoreo de condición muy usada hoy en día debido a su gran capacidad de poder detectar una gran cantidad de tipos de fallas de una manera temprana, y es un gran complemento a otros tipos de técnicas predictivas para sumar a tu arsenal de habilidades.
Personalmente, he tomado los cursos de entrenamiento y certificación de Mobius Institute para análisis de vibraciones categoría uno y categoría dos, y me parecen cursos buenísimos, hechos de una excelente forma, utilizando animaciones y simuladores hechas por ellos mismos para que puedas comprender de una forma clara los conceptos de vibraciones. Pero al mismo tiempo, debo admitir que son cursos bastante costosos. Y se me ocurrió la idea de lanzar una serie de cursos gratuitos y otros de costo accesible para poder enseñar análisis de vibraciones a las personas que quieren aprender, pero por el momento no están listas para invertir grandes cantidades de dinero en cursos de certificación internacional.
Por favor, déjenme sus preguntas en los comentarios y si veo que hay interés en este tema, voy a considerar lanzar una serie de cursos para profundizar más en análisis de vibraciones. Espero que este video te haya sido de ayuda para poder entender un poco mejor el análisis de vibraciones. Gracias por ver el video y hasta la próxima.