MEMORIA DE ESTADA PROFESIONALADQUISICIN DE DATOS VIBRATORIOS EN TIEMPO REAL CON APLICACIN A MOTORES INDUSTRIALES

REALIZADA EN LA EMPRESA:GRUPO MEXSUR, S.A DE C.V.

QUE PRESENTA:MIGUEL NGEL RODRGUEZ GALINDO

PARA OBTENER EL TTULO DE:TCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN MECATRNICA

GENERACIN: 2012-2014

San Antonio Crdenas, Carmen, Campeche. Agosto de 2014UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE CAMPECHE

AGRADECIMIENTOS

A mis padres:A mis padres por haberme apoyado a alcanzar esta gran meta y poder terminar un nivel ms de estudio. A ellos por brindarme lo necesario para que este logro fuese posible.

A mi Familia:Por contribuir de igual manera y que siempre estuvieron apoyndome en las buenas y en las malas, quienes han credo en m y que nunca me dejaron solo cuando ms los necesitaba, por el gran apoyo que me brindaron en el transcurso de toda mi carrera.

A Dios:Por darme la oportunidad de poder alcanzar un logro ms en mi vida, esperando a que lleguen muchos ms y poder disfrutar cada triunfo en compaa de mis seres queridos.

DATOS GENERALES DEL ALUMNO

ALUMNO:MIGUEL NGEL RODRGUEZ GALINDO

MATRCULA:4210010518

DIRECCIN Y TELFONO:CALLE URANO MZ. 2 LT. 17, COL. TIERRA Y LIBERTAD ENTRE MARTE Y JPITER, CD. DEL CARMEN, CAMP.TEL: (938) 152 00 55

FECHA DE INICIO Y TERMINACIN DE ESTADA:19 DE MAYO AL 25 DE JULIO

ASESOR ACADMICO:M.C. ROBERTO CARLOS CANTO CANUL

ASESOR EMPRESARIAL:C.P. ANTONIO CRUZ HERNNDEZ

CARGO DEL ASESOR EMPRESARIAL:GERENTE

NDICE

Pg.LISTA DE FIGURASVLISTA DE TABLASVI1. INTRODUCCIN1 DATOS GENERALES DE LA EMPRESA1 PLANTEAMIENTO Y DELIMITACIN DEL PROBLEMA32. JUSTIFICACIN Y OBJETIVO4 JUSTIFICACIN4 OBJETIVO53. DESARROLLO TERICO6 3.1. MARCO DE REFERENCIA6 3.1.1.Vibraciones6 3.1.2.Instrumentos de medicin7 3.1.3.Acelermetro8 3.1.4.LabVIEW9 3.1.5.Interfaz HMI10 3.2. METODOLOGA11 3.3. DESARROLLO DEL PROYECTO13 3.4. RESULTADOS404. CONCLUSIONES425. FUENTES DE INFORMACIN436. ANEXOS44

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Vibraciones mecnicas.6Figura 2. Tarjeta adquisicin de datos NI9234.7Figura 3. Acelermetro, piezoelctrico.8Figura 4. Logo del programa del LabVIEW.9Figura 5. HMI Human Machine Interface, (HMI)10Figura 6. Diseo del software.13Figura 7. Diseo del demo de vibraciones.14Figura 8. Diagrama de conexin15Figura 9. Representacin de frecuencia /amplitud.18Figura 10. Rodamiento.19Figura 11. Espectro de desequilibrio.22Figura 12. Desalineacin paralela.23Figura 13. Desalineacin angular.23Figura 14. Soportes de motores.24Figura 15. Convertidor de analgica a digital.27Figura 16. Medicin triaxiales.28Figura 17. Software LabVIEW.29Figura 18. Ventana Blank Project.29Figura 19. My Computer >> New >> VI.30Figura 20. Adquisicin de seal.30Figura 21. DAQmx Create Channel.32Figura 22. DAQmx timing.34Figura 23. DAQmx Read.36Figura 24. Power Spectrum.37Figura 25. Chumacera.40Figura 26. Rodamiento.41Figura 27. Diagrama de conexin.44Figura 28. Adquisicin de seal45Figura 29. Tabla de diagnstico46Figura 30. Chumacera47Figura 31. Rodamiento48

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Cronograma de actividades...11

VI

1. INTRODUCCIN

DATOS GENERALES DE LA EMPRESA Grupo Mexsur S.A. de C.V., es una empresa privada 100% mexicana que brinda soluciones a la industria petrolera, naviera y privada, con sede en Ciudad del Carmen, Campeche, ubicada en la colonia Solidaridad Urbana, calle Bilogo No. 52, C.P. 24155; as mismo la empresa cuenta con dos departamentos, rea de proyectos y rea de servicio, las cuales, en conjunto, son encargadas de brindar servicio a la industria en los siguientes servicios:

Mantenimiento predictivo (anlisis de vibracin, termografa y ultrasonido). Mantenimiento preventivo y correctivo a generadores y motores elctricos, instalacin de equipo elctrico y mantenimiento a tableros elctricos. Automatizacin y control industrial: diseo y desarrollo de ingeniera, sistemas fijos de monitoreo y adquisicin de datos, control inteligente (Visin ahorro de energa), HMI, Scada, instrumentacin virtual y automatizacin.

Misin La misin de Grupo Mexsur es ser un proveedor que brinda soluciones integrales, el cual utiliza equipos de alta tecnologa en automatizacin y control industrial, adquisicin de datos, termografa, anlisis de vibracin, mantenimiento elctrico y calidad de la energa, estos servicios sern proporcionados a la industria nacional y extranjera en el rea de plataformas marinas y a las navieras. As mismo, parte de sta misin es dar a los empleados capacitacin continua en los equipos que se utilizan y de nueva tecnologa para estar siempre a la vanguardia y as lograr el crecimiento de la empresa y empleados con el objetivo de ser una empresa socialmente responsable.

Visin Como empresa constituida, Grupo Mexsur espera colocarse como lder en su rama ofreciendo servicio de calidad para satisfacer las necesidades y requerimientos de los clientes, en automatizacin y control industrial, adquisicin de datos, termografa, anlisis de vibracin, mantenimiento elctrico y calidad de la energa. De igual manera se busca contar con el personal altamente capacitado que trabaje en equipos en nuevas tecnologas y as garantizar la rentabilidad del servicio, as como impulsar y participar en la informacin, motivacin y desarrollo del personal en el mbito moral e intelectual.

ValoresResponsabilidad. Realizar el trabajo a la primera vez, en tiempo, forma y calidad, respetando las polticas establecida de la empresa y la de los clientes y proveedores.

Respeto. Saber escuchar y guardar en todo momento la debida consideracin a la dignidad humana y a su entorno.

tica. Obediencia y responsabilidad para las obligaciones.

Honestidad. Ser transparente y congruente con los actos y el uso adecuado de los recursos.

Lealtad. Formar un grupo de personas en donde prevalezca el respeto a los valores ticos y organizacin de la empresa.

Confianza. Desempear con exactitud, puntualidad y fidelidad para fortalecer el ambiente laboral.

Educacin. Impulsar la participacin en la formacin, motivacin y desarrollo del personal en el mbito moral e intelectual.Trabajo en equipo. Compartir conocimientos y habilidades, contribuyendo a la mejora de los proceso de la empresa.

Innovacin. Aportacin de nuevas formas de trabajo para mejora continua de los procesos ya que est convencido de que siempre hay una mejor manera de hacer las cosas.

PLANTEAMIENTO Y DELIMITACIN DEL PROBLEMAEn la empresa Grupo Mexsur, surge la necesidad solucionar el problema en el departamento de servicio, en este departamento se realiza el anlisis de vibraciones a motores industriales.

Dado que para la realizacin del anlisis de vibraciones, se cuenta con un programa que se encarga de leer las vibraciones mecnicas del equipo, este no es muy confiable para la empresa, debido a que no cumple con todas las necesidades adecuadas para dar diagnstico satisfactorio, es por eso que surge la idea de disear un programa en LabVIEW que cuente con las caractersticas requeridas para un buen diagnstico, fcil y confiable para el operario. De esta manera Grupo Mexsur brindar un servicio de mejor calidad al sector industrial.

2. JUSTIFICACIN Y OBJETIVO

JUSTIFICACINEn el sector industrial el proceso de realizar una adquisicin de datos vibratorios a motores, puede llegar a ser muy limitante debido a que ocasiona una gran prdida de tiempo laboral y una inversin de servicios innecesarios en el rea, es por eso que la industria se ve en la necesidad de minimizar el tiempo muerto y el recurso econmico que conlleva, el cual puede ser utilizado para resolver otras necesidades de la empresa.

El proceso de realizar un diagnstico a un motor en la industria, consiste primeramente en tener instrumentado el motor por medio de sensores de tipo acelermetro, los cuales indicarn la vibracin presente en el motor; una vez obtenidos esos datos, se contina con el procesamiento de los mismos, los cuales permiten caracterizar el motor y comprender su funcionamiento por medio de grficas y tablas de datos, por medio de los cuales finalmente se puede realizar un diagnstico oportuno de las posibles fallas que presente el motor.

La mejor manera para optimizar el tiempo y la inversin que se requiere al contratar un especialista, es disear un software que le sirva de soporte al momento de realizar la obtencin de datos en tiempo real, de igual manera se pretende beneficiar al departamento de servicios ya que le ser de gran ayuda a dar un diagnstico favorable. Este proyecto tiene un gran alcance en el mbito industrial ya que se estar solucionando una necesidad real presente en el sector de la industria.

La industria petrolera necesita implementar un monitoreo de vibracin que opere bajo un sistema del dominio pblico que sea fcil de manipular para un operario, es decir tener un programa diseado en una Interfaz Hombre-Mquina (HMI) , en la cual se est reflejando el monitoreo de las vibraciones y a su vez sea ms fcil de manejar para el operario. La empresa al contar con este nuevo programa estar obteniendo un gran alcance ya que de esta forma brindar un servicio de mejor calidad hacia la industria. Este proyecto no solo pretende beneficiar al sector productivo local, sino que tambin se pretende que incremente el alcance de la empresa a nivel nacional al aplicarlo en distintas reas.

OBJETIVO

Objetivo general:Disear un software en LabVIEW que permita visualizar el monitoreo vibratorio de los motores industriales, para facilitar el proceso de obtencin de los datos en tiempo real, mediante la implementacin de PLC (Controlador Lgico Programable) y una tarjeta de adquisicin de datos.

Objetivos especficos:1. Medir las seales que proporciona el sensor tipo acelermetro colocado en los motores mediante una tarjeta de adquisicin de datos lo cual permite visualizar las vibraciones mecnicas presentes en el motor. 1. Disear un programa que permita comparar los datos del motor por medio de grfica obtenidos por los sensores con los datos de funcionamiento ptimos requeridos por el fabricante, para poder diagnosticar o bien, descartar alguna falla en los motores.

1. Disear una interfaz grfica travs de una Interfaz Hombre-Mquina (HMI) que permita monitorear los motores mediante grficas, tablas y estadsticas para tener una visin ms clara del comportamiento de los motores que se estn analizando.

3. DESARROLLO TERICO

3.1. MARCO DE REFERENCIA3.1.1. Vibraciones Las vibraciones son tcnicas de mantenimiento predictivo que permiten hallar las causas de posibles fallos anticipndose a las averas. La vibracin es un movimiento oscilatorio, trepidatorio o de vaivn desde una posicin de equilibrio hasta otra de posicin mxima. Referido tambin como un movimiento repetitivo que permite a un cuerpo recuperar repetitivamente su posicin original, existen dos tipos general de vibracin:

Vibracin libre ocurre cuando un sistema oscila bajo la accin de fuerzas inherentes al sistema mismo, es decir no existe fuerza alguna aplicada, o bien son nulas. Vibracin forzada es la que ocurre cuando existe excitacin de fuerzas externas al sistema. (G&M Ingenieria, 2008)

Figura 1. Vibraciones mecnicas. Fuente: (Metrlogos asociados, 2003)

Las vibraciones causan problemas mecnicos como son: desequilibrio de elementos rotativos, desalineacin en acoplamientos, engranajes desgastados o daados, rodamientos deteriorados, fuerza aerodinmica o hidrulica, y problemas elctricos.

Estas causas, como se puede suponer, son fuerzas que cambian de direccin o de intensidad, estas fuerzas son debidas al movimiento rotativo de las piezas de la mquina, aunque cada uno de los problemas se detecta estudiando las caractersticas

3.1.2. Instrumentos de medicin Los medidores de vibracin se emplean para medir vibraciones y oscilaciones en muchas mquinas e instalaciones, as como para el desarrollo de productos (por ejemplo de componentes o herramientas). La medicin proporciona los siguientes parmetros: aceleracin de la vibracin, velocidad de vibracin y variacin de vibracin. De este modo se caracterizan las vibraciones con precisin. Los medidores de vibracin son porttiles y sus resultados se pueden almacenar parcialmente.

Figura 2. Tarjeta adquisicin de datos NI9234. Fuente: (National Instruments, 2012)

Este dispositivo en conjunto con los circuitos elctricos asociados en la tarjeta NI9234, se utiliza para la medida de velocidad y desplazamiento adems de la determinacin de formas de onda y frecuencia. Una de las ventajas principales de este tipo de transductor es que se puede ser tan pequeo que su influencia sea despreciable sobre el dispositivo vibrador.El intervalo de frecuencia tpica es de 2Hz a 10KHz, normalmente presentada en ondas sinusoidales. (National Instruments, 2012)

3.1.3. AcelermetroEl acelermetro es uno de lostransductoresms verstiles, siendo el ms comn el piezoelctrico por compresin. Este se basa en que, cuando se comprime un retculo cristalino piezoelctrico, se produce una carga elctrica proporcional a la fuerza aplicada. (DLI Engineering, 2009)

Los acelermetros electrnicos permiten medir la aceleracin en una, dos o tres dimensiones, esto es, en tres direcciones del espacio orto normal. Esta caracterstica permite medir la inclinacin de un cuerpo, puesto que es posible determinar con el acelermetro la componente de la aceleracin provocada por la gravedad que acta sobre el cuerpo.

Figura 3. Acelermetro, piezoelctrico. Fuente: (AZIMA DLI, 2009)3.1.4. LabVIEWEs una plataforma de programacin grfica que ayuda a ingenieros a escalar desde el diseo hasta pruebas y desde sistemas pequeos hasta grandes sistemas. Ofrece integracin sin precedentes con software legado existente, IP y hardware al aprovechar las ltimas tecnologas de cmputo. Adems ofrece herramientas para resolver los problemas de hoy en da y la capacidad para la futura innovacin, ms rpido y de manera ms eficiente.

LabVIEW es una plataforma y entorno de desarrollo para disear sistemas, con un lenguaje de programacin visual grfico. Recomendado para sistemas hardware y software de pruebas, control y diseo, simulado o real y embebido, pues acelera la productividad. El lenguaje que usa se llama lenguaje G, donde la G simboliza que es lenguaje Grfico. (National Instruments, 2011)

Figura 4. Logo del programa del LabVIEW. Fuente: (National Instruments, 2012)

Los ingenieros han aprovechado los paquetes de software para personalizar sistemas de medidas de RF y reducir los costos en comparacin con los instrumentos tradicionales. Este enfoque no solamente ofrece flexibilidad, tambin brinda a los ingenieros de pruebas la habilidad de aprovechar el rendimiento proporcionado por la tecnologa ms reciente de PC, CPU y bus.

3.1.5. Interfaz HMISignifica Human Machine Interface, es decir es el dispositivo o sistema que permite el interfaz entre la persona y la mquina. Tradicionalmente estos sistemas consistan en paneles compuestos por indicadores y comandos, tales como luces pilotos, indicadores digitales y anlogos.

El trmino interfaz de usuario se define como "todas las partes de un sistema interactivo (software o hardware) que proporcionan la informacin y el control necesarios para que el usuario lleve a cabo una tarea con el sistema interactivo". La interfaz de usuario / interfaz hombre-mquina (HMI) es el punto de accin en que un hombre entra en contacto con una mquina.

En la actualidad, dado que las mquinas y procesos en general estn implementadas con controladores y otros dispositivos electrnicos que dejan disponibles puertas de comunicacin, es posible contar con sistemas de HMI ms poderosos y eficaces, adems de permitir una conexin ms. (DLI Engineering, 2009)

Figura 5. HMI Human Machine Interface, (HMI) Fuente: (National Instruments, 2012)La HMI es un sistema que se crea mediante un software de programacin para que el usuario interacte con este, ya sea desde el programa o de un monitor externo conocidos como paneles. De esta manera se tiene una mejor visualizacin de todo el sistema y en caso de fallas es ms fcil detectarlas y aplicar un protocolo de correccin, previniendo accidentes o detencin del proceso lo que podra conllevar a prdidas econmicas muy grandes.

3.2. METODOLOGA3.2.1. Diagrama de Gantt

Nombre de la empresa:Grupo Mexsur, S.A. de C.V.

Cronograma de actividadesInicio:20/05/2014

Termino:25/07/2014

Proyecto: Adquisicin de datos vibratorios en tiempo real con aplicacin a motores industriales.

No.ActividadTiempo estimado de la ejecucin del proyectoMeses/semanas

MayoJunioJulioAgosto

34123412341234

1.Identificar problema.

2.Investigar y documentar informacin respecto al tema surgido en la empresa

3.Prever los resultados de la programacin para la adquisicin de datos.

4.Comparar resultado de lo obtenido con lo que se tiene.

5.Disear la interfaz en LabVIEW y la HMI.

6.Entregar diseo del proyecto.

7.Analizar los resultados finales.

8.Entregar memoria de estada.

Tabla 1 Cronograma de actividades. Fuente: Elaboracin Propia.

1. Identificar problema: permitir realizar una investigacin sobre algn problema en los distintos departamentos para su presunta solucin mediante la implementacin de un proceso automatizado.

2. Investigar y documentar informacin respecto al tema surgido en la empresa: realizar investigacin sobre la problemtica surgido en la empresa y documentar informacin de cmo resolver el problema.

3. Prever los resultados de la programacin para la adquisicin de datos: realizar pruebas a la programacin realizada para la adquisicin de datos del acelermetro.

4. Comparar los resultados de lo obtenido con lo que se tiene: se comparar el resultado obtenido con el programa diseado con el que ya se cuenta.

5. Disear la interfaz en LabVIEW y la HMI: disear el programa de acuerdos a las necesidades requeridas y presuntas hacer utilizada en la HMI.

6. Entregar diseo del proyecto: entregar el diseo final del programa para la presentacin al departamento que fue requerido.

7. Analizar los resultados finales: demostracin al departamento de servicio del proyecto y su funcionamiento.

3.3. DESARROLLO DEL PROYECTO3.3.1. Diseo del prototipoEl prototipo adquisicin de datos vibratorios en tiempo real con aplicacin a motores industriales se basa en la utilizacin de los conceptos vistos en los captulos anteriores, en la Figura 6 se muestra parte de la programacin.

Figura 6. Diseo del software. Fuente: Elaboracin propia.

Este programa est diseado mediante la implementacin del software LabVIEW. El diseo del programa es de adquirir las vibraciones mecnicas en tiempo real mediante una tarjeta de adquisicin de datos y el acelermetro. Para realizar la prueba del software se realiz un demo de vibraciones. En el cual se realizan las pruebas necesarias del programa. El demo consta de los siguientes sistemas: Motor trifsico de CA. Chumacera Rodamiento Variador de velocidad Flecha

Figura 7. Diseo del demo de vibraciones. Fuente: Elaboracin propia. 3.3.2. Conexiones En este apartado se mostrarn las conexiones que se realizaron para el funcionamiento del demo de vibracin. Para poder realizar el demo de vibracin no es necesario implementar tantas conexiones. Lo principal del demo es de que cuente con los puntos necesarios a analizar (rodamiento, chumacera, ventilador, cojinete). El programa diseado cuenta con la capacidad de reflejar el anlisis de cada uno de los puntos a medir. Ya que los resultados se estn monitoreando en tiempo real.

En la Figura 8 se puede observar cmo se debe conectar el variador de velocidad con el motor trifsico. El variador nos permite controlar la velocidad del giro del motor para poder regular su velocidad RMS.

Figura 8. Diagrama de conexin. Fuente: Elaboracin propia.

De igual forma se puede observar la conexin que hay entre el acelermetro y la tarjeta de adquisicin de datos. El diagrama completo se encuentra en la seccin de anexos.

3.3.3. Descripcin de anlisis de vibracin a motoresEn este apartado se menciona detalladamente qu es un anlisis de vibraciones, cmo se mide, para que sirva, como detectar fallas en los motores, sus posibles fallas y sus puntos a medir.

Anlisis de vibracin Consiste en el estudio del tipo de propagacin de ondas elsticas en un material homogneo y la determinacin de los efectos producidos y el modo de propagacin. Las vibraciones pueden ser medidas y caracterizadas midiendo la oscilacin o desplazamiento alternante de ciertos puntos al paso de una onda elstica. (DLI Engineering, 2009)

En necesario tener en cuenta que todas las mquinas vibran debido a las tolerancias inherentes a cada uno de sus elementos constructivos, esta tolerancia proporciona a una maquina nueva una vibracin caracterstica bsica respecto a la cual se pueden comparar futuras vibraciones.

Existen tres tipos de maquinarias distintas la cual un anlisis de vibracin suele ser diferente en cada una debido a sus parmetros.

Los tipos de maquinaria son las siguientes: Las maquinarias rotativas, como muchos programas de anlisis de vibracin se limitan al estudio de mquinas como bombas y ventiladores. Sin embargo, el monitoreo y el anlisis de vibraciones pueden extenderse tambin a maquinaria rotativa ms compleja, as como una gran variedad de sistemas de procesos continuos. Por ello, se clasificacin de mquinas rotativas debera de incluir bombas, ventiladores compresores mquinas de papel y una gran variedad de mquinas de proceso continuo. (Electrotecnia, 2011)

Las mquinas con movimiento alternativo, son tipos de maquinarias que se debe de utilizar una lgica distinta de diagnstico. Al contrario de lo que ocurre con las maquinas rotativas, los modos de vibraciones generados por las maquinas con movimiento alternativo no son las armnicos simples de la velocidad de un eje de una mquina rotativa.

Las mquinas con movimiento lineal, tienen tambin un modelo repetible de fuerzas y movimiento por lo que el anlisis de vibraciones puede emplearse igualmente para analizar este tipo de mquinas. Para este tipo de mquinas, el anlisis de vibraciones en el dominio del tiempo es ms apropiado. Dado que las fuerzas y modos de vibracin producidos por la mayora de las mquinas de movimiento lineal no se vuelve a repetir con cada rotacin de un eje, no es necesario el anlisis en el dominio de la frecuencia para una evaluacin segura. (Universitas Navarrensis, 2011)

Ventajas de llevar a cabo un anlisis de vibracin:El anlisis de vibraciones ayuda a diagnosticar problemas en el equipo de trabajo antes de que ocurra algn fallo catastrfico y ofrece importantes ventajas:

Gran reduccin en los costos de mantenimiento no planeado (Mantenimiento correctivo).

Altas reducciones en inventario de partes de repuesto al tener un mejor conocimiento del estado de la maquinaria.

Reduccin en las ordenes de trabajo de emergencia y tiempo extra.

Reparaciones ms eficientes y reduccin de costes de mantenimiento.

Incremento en la capacidad de produccin, debido a menos rechazos por fallas en el equipo ocasionadas por excesiva vibracin.

Mejores condiciones de seguridad, al no forzar a las mquinas a trabajar hasta el punto de fallar. (G&M Ingenieria, 2008)

Una mquina en buen estado permite mantener una calidad constante en el proceso y extiende la vida del equipo. Una mquina que tiene un fallo, sea este elctrico o mecnico, genera vibraciones. La frecuencia de estas vibraciones es leda y cotejadas por los instrumentos de anlisis, que reconocen en ellas parmetros especficos establecidos a lo largo de aos de experiencia en el uso y mantenimiento de maquinaria.Un espectro de vibracin es una imagen de clculo de datos que muestra los datos de frecuencia/amplitud como se ve en la Figura 9. La frecuencia ayuda a determinar el origen de la vibracin, mientras la amplitud ayuda a determinar la severidad del problema. Un incremento en el nivel de frecuencia indica un cambio en el mecanismo: bandas flojas, grietas en la estructura, daos en los rodamientos, desbalanceo, desgaste excesivo de piezas.

Figura 9. Representacin de frecuencia /amplitud. Fuente: Elaboracin propia.Los parmetros que se ofrecen en la actualidad provienen de tablas de los fabricantes y tablas de normatividad de International Organization for Standardization (ISO).

Un mantenimiento predictivo asegura una produccin continua y estable para cumplir con los tiempos de entrega. Es importante detectar los defectos en su primera etapa, pues no se trata de averiguar cunta vibracin resiste una mquina sino de detectarla a tiempo y evitar las dificultades que un equipo averiado conlleva.

Fallas ms comunes en un anlisis de vibracin: Los rodamientos, al oscilar dentro de un sistema, motor, chumacera o simplemente elementos rodante, tienden a generar ondas sinusoidales debido al movimiento de 360 que genera la maquinaria; es decir si se adquieren tres seales de oscilacin ya sea axial, horizontal o vertical es posible medir fases y desfases entre los aleteos del rodamiento.

Un giro completo de un rodamiento debe de producir una seal sinusoidal limpia, y completamente redonda si se analiza con un proceso de Nyquist , como se observa en la Figura 10 las barras rojas indican de barra a barra las dos mitades del rodamiento cuando el punto rojo gira por arriba se generan los valores positivos y cuando el rodamiento gira hacia abajo se generan los negativos, dando logra una onda sinusoidal prefecta si el rodamiento se encontrar en perfecto estado y sin nada que le generar golpes ni desalineaciones

Figura 10. Rodamiento. Fuente: (Preditecnico, 2012)

El hecho de que la distribucin de carga vare sobre los elementos rodantes a medida que stos giran sobre las pistas de rodadura, hace que los rodamientos se comporten por si mismos en un generador de vibraciones. Este comportamiento puede provenir tanto de rodamientos geomtricamente perfectos como de rodamientos con imperfecciones de manufactura, problemas de instalacin, lubricacin y condiciones ambientales inadecuadas o de algn otro factor que ayude a producir desgaste o fatiga. (Gohar R. Akturn, 1998)

Las alteraciones en las seales sinusoidales, como se mencionan con anterioridad un rodamiento en perfectas condiciones: lubricado, a una temperatura nominal para la que fue diseado, con una perfecta alineacin en su coplee y una distribucin de cargas perfectamente alineadas, deber comportarse como una seal perfecta o por lo menos estable.

Pero debido a causas de montaje, temperatura o calidad del material es imposible lograr una seal perfecta, esto no quiere decir que el rodamiento este mal, pero entre ms clara se pueda apreciar una seal mejor eficiencia tendremos del equipo dinmico.

Las fallas que presentan los rodamientos o que se van generando en ellos son en general producidas por grietas, hendiduras, rebordes, resaltes, picaduras y desprendimiento.

El ms comn de todos es la picadura de las pistas o de los elementos rodantes, causado cuando una grieta por fatiga originada subsuperficialmente se propaga hacia la superficie hasta que una pieza de metal se desprende superficialmente produciendo un pequeo defecto.

La falla por fatiga superficial es acelerada cuando el rodamiento est sobrecargado o sometido a cargas de choque o impacto durante su funcionamiento o instalacin y tambin con el incremento de velocidad.

Las mquinas mal alineadas generan cargas y vibraciones adicionales, causando daos prematuros en rodamientos, obturaciones y acoplamientos, tambin aumenta el consumo de energa.

El desequilibrio, es una de las fallas ms comunes en un equipo mecnico. La inestabilidad aerodinmica o hidrulica tambin puedes crear un desequilibrio masivo. De hecho, todas las formas de fallos generan algunas formas de desequilibrio. Por ello, cuando se consideran todas las fallas, el nmero de problemas de mquina que son resultado del desequilibrio real mecnico de elemento rotativo es relativamente pequeo.

El desequilibrio puede tomar muchas formas en la seal de vibracin como se muestra en la Figura 11, pero casi siempre los componentes de velocidad de giro sern excitados y de amplitud dominante. (Sinais, 2013)

Figura 11. Espectro de desequilibrio. Fuente: Elaboracin propia.

La desalineacin, esta falla siempre est presente en los grupos de mquinas. La desalineacin tambin se presenta entre los cojinetes de un eje slido o entre cualquier otro par de punto de la mquina. La representacin de la desalineacin en la seal de vibracin depender del tipo de desalineacin. Hay dos tipos principales de desalineacin:

1. La desalineacin paralela: se presenta entre dos ejes paralelos entre s como se muestra en la Figura 12, pero que no estn en el mismo plano. Este tipo de desalineacin genera una vibracin radial y duplicara el segundo modo de forma. En otras palabras, generar una vibracin radial equivalente a dos veces la velocidad de giro real del eje.

Figura 12. Desalineacin paralela. Fuente: Elaboracin propia. 2. Desalineacin angular: se produce cuando los ejes no estn paralelos entre s como se muestra en la Figura 13. Este tipo de desalineamiento genera vibraciones axiales. Con esta forma de desalineacin se puede duplicar cualquiera de los modos de formas, el resultado de la frecuencia de vibracin puede llegar a ser dos o tres veces la velocidad de rotacin.

Figura 13. Desalineacin angular. Fuente: Elaboracin propia.

La falta de apriete en elementos de unin, puede crear una gran variedad de modelos de seales de vibracin. El ms frecuente, originado con un componente de frecuencia primaria al 50% de la velocidad de rotacin (x0.5) genera mltiples armnicos de este componente primario. En otros casos, ser excitado el componente de velocidad real o fundamental (x1).

En la Figura 14 se muestran algunas configuraciones tpicas que dan lugar a este tipo de problema en las maquinas; as como algunas de las soluciones que suelen adoptarse para minimizar su influencia.

Figura 14. Soportes de motores. Fuente: Elaboracin propia.

Herramientas matemticas para el anlisis de vibraciones Anlisis de TRF, el anlisis TRF (transformada rpida de Fourier) es el que ms se usa en el campo de vibraciones. El anlisis de TRF suele ser muy comn al momento de realizar un anlisis de vibraciones. Ya que esta puede interpretar las seales en manera de espectros en la que se puede obtener un diagnstico concreto. (Javier Cara, 2012) Anlisis de Espectro, el anlisis de espectros que se define como la transformacin de una seal de la representacin en el dominio del tiempo hacia la representacin en el dominio de la frecuencia.

Formas de la Transformada de Fourier; a continuacin se menciona las cuatro formas de la transformada de Fourier:1. La serie de Fourier: transforma una seal infinita peridica en un espectro de frecuencia infinito discrecional.2. La transformada integral de Fourier: transforma una seal continua de tiempo infinito en un espectro de frecuencia continuo infinito.3. La transformada discrecional de Fourier: (TDF) transforma una seal discrecional peridica de tiempo en un espectro de frecuencia discrecional.4. La transformada rpida de Fourier: un algoritmo de computadora para calcular la TDF.

La serie de Fourier, est basada en una seal de tiempo que es peridica. Esto es una seal de tiempo cuya forma se repite en una cantidad infinita de veces. Fourier demostr que una seal de este tipo es equivalente a una coleccin de funciones ceno y cosenos cuyas frecuencias son mltiplos del reciproco del periodo de la seal de tiempo. La amplitud de la seal armnica se llama los coeficientes Fourier, y sus valores se pueden calcular fcilmente si se conoce la ecuacin para la forma de onda.

La transformada integral de Fourier, es la extensin natural de la serie de Fourier para abarcar seales de tiempo de una longitud infinita, estas son seales no repetitivas continuas, es la transformada integral de Fourier, o conocido como la transformada de Fourier. Esta integracin transforma cualquier seal continua de tiempo de forma arbitraria en un espectro continuo con una extensin de frecuencia infinita.

Transformada discrecional de Fourier, opera con una seal de muestras o discretas en el dominio del tiempo de la frecuencia. El espectro que resulta es una aproximacin de la serie de Fourier, una aproximacin en el sentido que se perdi la informacin entre la muestras de la forma de la onda.

La TDF es la existencia de una forma de onda en una serie de nmeros. Para generar esta serie de nmeros desde una seal anloga, se requiere un procedimiento de muestreo, y de conversin de anlogo a digital. La seal de la que se tomar muestra es una representacin matemtica del nivel de la seal instantnea a intervalos definidos con precisin.

Transformada rpida de Fourier, es un algoritmo para calcularla TDF de manera rpida y eficaz. El algoritmo pone algunas limitaciones en la seal y en el espectro resultante:

Ejemplo: la seal de la que se tomaron muestras y que se va a transformar, debe de consistir de un nmero de muestras igual a un potencia de dos. La mayora de los analizadores permiten la transformacin de 512, 1024, 2048 o 4096 muestras. El rango de frecuencias cubierto por el anlisis TRF depende de la cantidad de muestras recogidas y de la proporcin de muestreo como se muestra en la Figura15.

Figura 15. Convertidor de analgica a digital. Fuente: (zima DLI, 2010)

Mediciones triaxiales, para determinar el problema de la mquina es necesario obtener datos de vibracin de cada punto de medicin entres direcciones. Estas direcciones son llamadas Axial, Radial y Tangencial. (DLI Engineering, 2009)

1. Axial: es la direccin paralela a la flecha.2. Radial: es la direccin desde el transductor hacia el centro de la flecha.3. Tangencial: es 90 radial, tangente a la flecha.

Figura 16. Medicin triaxiales. Fuente: Elaboracin propia.Con la recopilacin de los datos vibracin, se obtienen datos del acelermetro triaxial. Este acelermetro consta de tres transductores en un crter y estn orientados a las tres direcciones. Ortogonales llamadas radial, tangencial y radial.

3.3.4. Programacin Para realizar la programacin, lo primero que se realizo fue la configuracin de como leer la seal analgica a una seal digital para poder visualizar el comportamiento del motor. A continuacin se mencionan los pasos:

1. Una vez instalado el software LabVIEW se procede a ejecutar el programa y se crea una nueva ventana donde se estar trabajando respecto a la programacin.

Figura 17. Software LabVIEW. Fuente: Elaboracin propia.

2. En la ventana siguiente que desplaza LabVIEW se puede crear una nueva ventana en donde se estar realizando la programacin de adquisicin de datos. Para poder crear un programa, se ejecuta la ventana Blank Project donde se realizarn realizando la programacin.

En la Figura 18 se puede apreciar la ventana que ejecuta Blank Project.

Figura 18. Ventana Blank Project. Fuente: Elaboracin propia.

3. Al hacer clic en My Computer, se abre una nueva ventana donde se podr elegir el tipo de programa que se desea trabajar en este caso se estar trabajando en un (New, Vi) como se muestra en la Figura 19.

Figura 19. My Computer >> New >> VI. Fuente: Elaboracin propia.4. Para la programacin de la adquisicin de datos. Antes que nada se tuvo que investigar qu tipo de seales se estarn leyendo y como se desea visualizar.

5. Una vez que se investig el tipo de seal que se estar adquiriendo. Se procede a realizar la programacin de la adquisicin de datos, en la Figura 20 se refleja la programacin realizada.

Figura 20. Adquisicin de seal. Fuente: Elaboracin propia.

En el diagrama de bloques se muestra la programacin realizada para leer las seales vibratorias. El diagrama se presenta con una mayor resolucin en la seccin de anexos.

El diseo de la programacin se realiz aplicando la librera DAQmx. La cual brinda la facilidad de manipular el tipo de variable que se desee controlar.

Este programa realizado en LabVIEW est diseado para adquirir seales mecnicas. El programa consiste en transformar la seal de tipo analgica del acelermetro a una seal digital, la conversin de seal analgica a digital se realiza con el propsito de leer las vibraciones mecnicas por medio de grafica la cual permite saber los niveles de las vibraciones que produce la mquina.Comment by JORGE LEONARDO: ESTA ES LA PARTE QUE HABLA ACERCA DE QUE ES LO QUE REALIZA.

Este programa tambien brinda la facilidad de un monitoreo continuo que permite realizar analisis constantemente de los equipos. Para que los maquinas tengan una vida til mayor, fue necesario elaborar un programa que permitiera realizar un analisis constante de las maquinas.Es por eso que se propuso desarrollar un programa que brinde un monitoreo constante. Las herramientas utilizadas para su elaboracion son las siguientes:

Figura 21. DAQmx Create Channel. Fuente: (National Instruments, 2012)

Task in, especifica la tarea que se estar llevando acabo, si no aade la tarea en el canal virtual de Este virtual instruments (VI). Entonces NI-DAQmx establece el tipo de tarea predeterminado.

Physical channels specifies, nombres de los canales fsicos que se utilizarn para crear canales virtuales. El canal fsico DAQmx enlistas los canales fsicos de los dispositivos y mdulos instalados en el sistema. Tambin puede conectar una cadena que contiene una lista o rango de canales fsicos a esta entrada. Si usted tiene una gran variedad de canales fsicos, utilice el DAQmx Aplanar Canal Cadena VI para convertir la matriz a una lista.

Name to assign, especfica un nombre a asignar al canal virtual de este VI. Si no conecta un valor a esta entrada, NI-DAQmx utiliza el nombre del canal fsico del canal virtual. Si utiliza esta entrada para proporcionar sus propios nombres para los canales virtuales. Si crea varios canales virtuales con una DAQmx, se crean Canales Virtuales, que se pueden especificar en una lista separada por comas de los nombres a asignar a los canales virtuales.

Units, especifica las unidades a utilizar para devolver mediciones de la aceleracin del canal, en este caso se ocupa la gravedad representada por , la cual equivale a .

Error in, describe las condiciones de error que se producen antes de que el VI ejecute la funcin. El valor predeterminado es ningn error. Si se produce un error antes de que este VI se ejecute, el VI pasa el error al valor error a cabo. Si se produce un error mientras este VI se ejecuta, el VI se funciona con normalidad y establece su propio estado de error en error a cabo.

Mximum value/ Mnimum value, especifica en unidades el valor mximo y mnimo que se espera medir, respectivamente.

Custom scale name, especifica el nombre de una escala personalizada para el canal. Si se desea que el canal a utilizar sea una escala personalizada, cablear el nombre de la escala de encargo a esta entrada y establecer unidades a partir de escala personalizada.

Sensitivity, es la sensibilidad del sensor. Este valor est en las unidades que se especifiquen con la entrada de unidades de sensibilidad. Consulte la documentacin del sensor para determinar este valor. La sensibilidad est determinada por las siguientes unidades:

Especifica las unidades de la sensibilidad de entrada.

Task out, ejecuta la tarea especificada en Task in. Si no conecta un valor a la tarea de Task in, automticamente crea una tarea de esta salida.

Figura 22. DAQmx timing. Fuente: (National Instruments, 2012)

Sample Clock, establece la fuente del reloj de la muestra, la tasa del reloj de la muestra, y el nmero de muestras a adquirir o generar.

Task/channels in, es el nombre de la tarea o lista de los canales virtuales a los que se aplica la operacin. Si proporciona una lista de canales virtuales, NI-DAQmx crea una tarea de forma automtica.

Rate, especifica la frecuencia de muestreo en muestras por canal por segundo. Si utiliza una fuente externa para el reloj de muestreo, determine la entrada a la tasa mxima prevista para el reloj.

Source, especifica la terminal de la fuente de reloj de muestreo. Al dejar sin conexin esta entrada (unwired), se utilizar el valor por defecto del reloj del dispositivo a bordo.

Active edge, especfica los bordes de los pulsos de reloj de muestreo para adquirir o generar muestras.

Sample mode, especifica si la tarea adquiere o genera muestras de forma continua o si se adquiere o genera un nmero finito de muestras.

Samples per Channel, especifica el nmero de muestras para adquirir o generar para cada canal en la tarea si el modo de muestra es muestras finitas. Si el modo de muestra es muestras continuas, NI-DAQmx utiliza este valor para determinar el tamao del bfer.

Task out, es una referencia a la tarea despus del VI o carreras de funcin. Se conectan con alambre un canal o la lista de canales a la Tarea/canales en, NI-DAQmx crea esta tarea de forma automtica.

Lee en forma de onda una tarea que contiene un nico canal de entrada analgica.

Figura 23. DAQmx Read. Fuente (National Instruments, 2012)

Task/channels in, es el nombre de la tarea o una lista de los canales virtuales a los que se aplica la operacin.

Number of samples per Channel, especifica el nmero de muestras para leer. Si deja esta entrada sin cables o se establece en -1, NI-DAQmx determina el nmero de muestras a leer sobre la base de si la tarea adquiere muestras de forma continua o adquiere un nmero finito de muestras.

Si la tarea adquiere muestras de forma continua y se establece esta entrada a -1, el VI lee todas las muestras disponibles actualmente en el bfer. Si la tarea adquiere un nmero finito de muestras y establece esta entrada a -1, la VI espera a que la tarea de adquirir todas las muestras solicitadas.

Timeout, especifica la cantidad de tiempo en segundos de espera para que las muestras estn disponibles. Si el tiempo transcurrido, el VI devuelve un error y cualquier muestra de leer antes de que el tiempo de espera transcurrido. El tiempo de espera predeterminado es de 10 segundos. Si establece tiempo de espera en -1, el VI espera indefinidamente. Si establece tiempo de espera en 0, el VI intenta una vez para leer las muestras solicitadas y devuelve un error si no puede hacerlo.

Task out, lee la seal adquirida en la entada Task in.

Data, devuelve una forma de onda. NI-DAQmx escala los datos de las unidades de la medida, incluyendo cualquier costumbre escalar se aplica a los canales. Utilice la DAQmx Create Virtual Channel VI o el DAQ Assistant para especificar las unidades.

Figura 24. Power Spectrum. Fuente: (National Instruments, 2012)

Export mode, selecciona la salida para exportar a Power Spectrum / PSD:0: Potencia Spectrum-exporta el espectro de potencia de la seal de entrada. 1: Densidad espectral de potencia-exporta la densidad espectral de potencia de la seal de entrada.

Time signal, es la forma de onda en el dominio del tiempo de entrada.

Windows, es la ventana del dominio del tiempo para aplicar a la seal de tiempo. La ventana por defecto es Hanning. 0 Rectangle 1 Hanning (por defecto) 2 Hamming 3 Blackman-Harris 4 exacta Blackman 5 Blackman

Power Spectrum / PSD, devuelve el espectro de potencia promedio o densidad espectral de potencia y la escala de frecuencia, de acuerdo con el modo de exportacin.

f0: devuelve la frecuencia de inicio, en hercios, del espectro. Df: devuelve la resolucin de frecuencia, en hercios, del espectro.

Magnitude, es la magnitud del espectro de potencia promediado o la densidad espectral de potencia. Si la seal de entrada est en voltios (V), magnitud tiene unidades de .

El espectro de potencia y voltios rms cuadrado por hercio () para la densidad espectral de potencia. Si la seal de entrada no es en voltios, magnitud tiene unidades de la seal de entrada de la unidad de espectro de potencia, y la seal de entrada de la unidad para la densidad espectral de potencia.

3.4. RESULTADOSComo se mencion a lo largo del documento, el programa diseado permite realizar un anlisis completo a las vibraciones que se presentan en un motor mientras este se encuentra funcionando, a continuacin se muestra algunas de las mediciones obtenidas con el programa diseado, aplicado al motor de AC mostrado en la figura Figura 7.

Figura 25. Chumacera. Fuente: Elaboracin propia.

En la Figura 25 se muestra la medicin realizada en la chumacera del motor. En el anlisis se muestra claramente las vibraciones que se estn produciendo en la chumacera en los tres ejes (X, Y y Z):

El eje X se ve representado por el color azul. El eje Y se ve representado por el color rojo. El eje Z se ve representado por el color verde.

Como se puede observar en la Figura 25 se muestran dos grficas, en la cual la primera se ve reflejado la seal que se est adquiriendo en tiempo real. Esta seal que se muestra debe pasar por un filtro el cual permitir eliminar cierto parmetro que afecta a la seal.

En la segunda grfica se muestra la seal detalladamente. La cual est representada en forma de espectro, reflejando las mediciones en frecuencia/amplitud la cual permite visualizar con ms facilidad la severidad del equipo. Con este anlisis se puede determinar la causa del problema y el tipo de problema que se est causando. La Figura 26 siguiente muestra la medicin hecha en el rodamiento. La imagen se presenta con mayor resolucin en la seccin de anexos.

Figura 26. Rodamiento. Fuente: Elaboracin propia.

En este anlisis realizado se puede observar que en el eje X se muestra un espectro muy elevado a los dems ejes por lo que indica que el rodamiento ya se encuentra en mal estado. Pero para saber con ms certeza el problema por el cual es causado, existe una tabla establecido por la norma ISO 2372-1974 la cual tiene definido hasta que rango se puede determinar la falla. En la parte de anexo se puede observar la tabla establecida por la norma ISO 2372-1974.

4. CONCLUSIONES

Se dise satisfactoriamente un programa que permite realizar medidas correctas de las vibraciones mecnicas de manera continua, cubriendo con una de las necesidades presentes en el departamento de servicio de Grupo Mexsur.

En la implementacin de este nuevo software, la empresa podr ofrecer un mejor servicio hacia el sector industrial. Este programa no solo se pretende implementar en el anlisis de vibraciones a motores, sino que de igual manera, sirva como aplicacin para diferentes infraestructuras en que se requiera el monitoreo de vibraciones tales como puentes, o edificios que puedan verse afectados por actividad ssmicos u otra aplicacin que presenten problemas respecto a la vibracin.

Los resultados obtenidos con la elaboracin de este proyecto son de gran ayuda, debido a que facilitan de gran manera al especialista en vibraciones a realizar dichos anlisis de una manera ms eficiente, al contar con un software especializado para esa funcin. El programa se elabor de manera tal que an el operario no est familiarizado con el software, pueda aprender a manejarlo de manera prctica y tenga la plena confianza de utilizarlo para realizar su funcin

5. FUENTES DE INFORMACIN

DLI Engineering. (16 de 06 de 2009). Obtenido de http://azimadli.com/vibman-spanish/elacelermetro.htmDLI Engineering. (05 de 5 de 2009). Recuperado el 03 de 07 de 2014, de http://azimadli.com/vibman-spanish/elacelermetro.htmElectrotecnia. (2011). Obtenido de http://centros5.pntic.mec.es/ies.de.rivas.vaciamadrid/tecnologia/electrotecnia/www.extremadurasi.org/contenidos_docentes/electro/t8.htmG&M Ingenieria. (2008). Obtenido de http://www.gmingenieria.com/productos/mantenimiento/analisis_vibraciones.htmlGohar R. Akturn. (1998). Vibrations associated with ball bearings. Conference Transactions, Multi-Body Dynamics (pg. 63). whasinton: ImechE.Javier Cara. (2012). analisis de fourier. Obtenido de http://www.etsii.upm.es/ingor/estadistica/fjcara/mme_construccion/03_fourier.pdfNational Instruments. (6 de 8 de 2011). Obtenido de http://www.ni.com/labview/esa/National Instruments. (2012). Obtenido de http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/es/nid/208802Sinais. (2013). ingenieria de mantenimiento. Obtenido de http://www.sinais.es/Recursos/Curso-vibraciones/bajas_frecuencias/desalineacion_angular.htmlUniversitas Navarrensis. (2011). (D. S. Chvez, Ed., & G. P. Ortega, Trad.) Obtenido de http://www.imem.unavarra.es/EMyV/pdfdoc/vib/vib_predictivo.pdf

6. ANEXOS

Figura 27. Diagrama de conexin.Fuente: Elaboracin propia.

Figura 28. Adquisicin de seal.Fuente: Elaboracin propia.

Figura 29. Tabla de diagnstico.Fuente: (NORMA ISO 2372-1974)

Figura 30. Chumacera.Fuente: Elaboracin propia.

Figura 31. Rodamiento.Fuente: Elaboracin propia.

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