Frecuencias Forzadas
El valor del análisis de las vibraciones de maquinaria está basado en el hecho que elementos específicos en las partes rotativas de cualquier máquina producirán fuerzas en la máquina que causarán vibraciones a frecuencias específicas. Una de las más importantes frecuencias forzadas son las RPM de la flecha, y eso proviene del hecho que cualquier rotor siempre presenta una cierta cantidad de desbalanceo residual. Esto imparte una fuerza centrífuga radial en los rodamientos y causa la vibración de la estructura a la frecuencia fundamental o 1x. Los llamados tonos de rodamientos, que son característicos de cada geometría de rodamiento son fuerzas generadas por defectos en los anillos del rodamiento y en los mismos elementos de rodamientos. Las frecuencias de engranaje de los engranes provienen de los impactos individuales de los dientes de un engrane unos contra otros y la frecuencia de engranaje es igual al número de dientes en el engrane multiplicado por las RPM del engrane. Las frecuencias de paso de aspas o de alabes son similares al engranaje y son igual al número de alabes en una impulsora o al número de aspas en un ventilador, multiplicado por las RPM. Cada frecuencia forzada va a crear un pico en el espectro de vibración. La amplitud del pico depende de la gravedad de la condición que lo causa. De esa manera, la frecuencia indica el tipo de problema, y la amplitud indica su gravedad.
A continuación damos un ejemplo de un cálculo de frecuencias forzadas para una máquina activada por engranes
Suponemos que los componentes motor/engrane /ventilador tienen los números de elementos siguientes:
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Componenta de la |
Elementos del Componente |
Nmero de Elementos |
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Ventilador de Enfriamiento del Motor
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Aspas de Venilador
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11
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Rotor del Motor
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Barras del Rotor
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42
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Pion de activacion
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Dientes de Engrane
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36
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Engrane Activado
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Dientes de Engrane
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100
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Ventilador
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Aspas de Ventilador
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9
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En este caso de una máquina de varias flechas, debemos considerar que las frecuencias fundamentales de las flechas del motor y del ventilador son diferentes. Suponemos que el motor está girando a 1780 RPM. Para calcular las RPM de la flecha del ventilador, primero tenemos que encontrar la proporción de reducciones de la caja de engranesPara encontrarla, consideramos el número de dientes en cada engrane. Dividimos la cantidad del piñon de activación entre la cantidad del engrane activado:
o
36/100 = 0.36
Después se multiplica esta proporción por las RPM de la flecha del motor para encontrar las RPM de la flecha del ventilador:
0.36 x 1780 = 640.8
Ahora se puede decir que la frecuencia fundamental del motor es de 1780 CPM. y la frecuencia fundamental del ventilador de 640. 8 CPM.
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Los terminos RPM (Revoluciones por Minuto) y CPM (Ciclos por MINuto) muchas veces se pueden usar e intercambiar como unidades defrecuencia. |
Se van a multiplicar los números de elementos en cada componente por la frecuencia fundamental de la flecha que está girando. Los componentes ubicados en la flecha del motor se van a multiplicar por 1780 CPM y los componentes de la flecha del ventilador se van a multiplicar por 640. 8. Para facilitar eso, separemos los componentes con sus flechas correspondientes. |
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Flecha de Motor |
Elementos |
Frecuencia Forzanda CPM |
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Rotacin
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1
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1,780
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Venilador de enfriamiento
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11
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19,580
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Rotor del Motor
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42
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74,760
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Pion de activacin
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36
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64,080
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Flecha del ventilador |
Elementos |
Frecuencia Forzanda |
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Rotacin
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1
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640.8
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Engrane Activado
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100
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64,080
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Ventilador
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9
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5,767.2
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Estos efectos no lineales son análogos a la distorción armónica e intermodu-lada en sistemas de sonido. |
Si la máquina fuera completamente lineal en su respuesta, las frecuencias forzadas existirían por si mismas, pero a medida que la máquina va desarollando holgura, y juego excesivo, su estructura se hace no lineal. La señal de vibración que se genera en las frecuencias forzadas, especialmente en 1x, la velocidad de funcionamiento se distorciona y provoca la aparición de armónicos en el espectro. A medida que se incrementa el grado de no linealidad, las frecuencias forzadas interactuan y causan modulación de frecuencia y de amplitud. Esto causa la aparición de bandas laterales en el espectro. Por estas razones, los armónicos de velocidad de funcionamiento y las bandas laterales casi siempre son una indicación de problemas de maquinaria y su número y nivel son una indicación de la gravedad del problema.
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