Después de leer la primera parte del artículo, espero que concordará que esas lecturas de fase no son difíciles de reunir ni de comprender - de hecho, si usted tiene un recolector de datos de dos canales, son categóricamente fáciles de recolectar.

En este artículo discutiremos cómo las lecturas de fase pueden ser utilizadas para ayudarlo a diagnosticar una gran variedad de condiciones de defectos. Mientras formas de ondas de espectro y tiempo pueden proporcionar una indicación de una condición de defecto, bastante a menudo las lecturas de fase lo pueden ayudar a confirmar la naturaleza exacta de la condición ayudándolo a distinguir las diferentes condiciones que tienen pautas semejantes de vibración.

Vista General Rápida

Reuniendo lecturas de fase en puntos diferentes en la máquina podemos determinar si esta balanceada correctamente; si los ejes o las poleas están alineados correctamente; si los cojinetes son montados en el eje; si hay excentricidad; si un eje esta doblado; si una pata esta agrietada o floja; y más. Nosotros también podemos utilizar las lecturas de fase para proporcionar una indicación de una condición de resonancia.

La corrección de estos problemas mejorará mucho la confiabilidad de la máquina; extendiendo su vida, y a veces, produciendo productos de mayor calidad. Perder el diagnóstico últimamente reducirá la capacidad de sus utilidades. Y mal diagnosticar la condición le hará perder tiempo, trabajo, partes, y un aumento del tiempo de inactividad.

Lecturas Relativa de Fase

Utilizamos las lecturas relativas de fase para diagnosticar condiciones de defecto. No tomamos en cuenta la lectura actual que está encima del motor; sólo nos interesa en cómo se compara a la lectura en el lateral del motor y la lectura en el otro extremo del motor. Si están en-fase, eso nos dice algo. Si hay una diferencia de 90° (aproximadamente), entonces eso nos dice algo. Y si la diferencia entre las lecturas es algo más juntas, por ejemplo 132°, entonces eso también nos proporciona información útil.

Podemos hacer esto tomando lecturas de fase en cada una de las ubicaciones clave en la máquina relativas a una referencia (típicamente el tacómetro), y comparar las lecturas entre cada uno de los puntos. Mejor todavía, con un recolector de datos de dos canales podemos realizar medidas relativas entre cada uno de los puntos y registrar simplemente la diferencia. Dependiendo de lo que sospechamos, compararemos las lecturas en la dirección vertical, horizontal y/o axial.

Vera, lo que analizamos realmente es el movimiento dinámico de la máquina. Las fuerzas debido al desbalance de masa causan que la máquina se mueva de una cierta manera. Un eje desalineado causa que una máquina se mueva de una manera diferente. Lo mismo es verdad para varias otras condiciones. Así que utilizamos fase para detectar los movimientos reveladores. (También vale la pena comentar que algunos defectos no generan fuerzas típicas. Así, las lecturas de fase no proporcionan una imagen clara del movimiento dinámico de la máquina – sin embargo esto, de por sí, también proporciona un indicio a la naturaleza de la condición).

Representando Fase

En vez de registrar las lecturas de fase numéricamente, las podemos registrar visualmente. Puede ser difícil mirar una serie de números e interpretar el movimiento de la máquina. Sin embargo el utilizar símbolos gráficos, hace esta tarea más fácil.

Podemos hacer esto dibujando un círculo y una línea en el ángulo deseado. Entonces es fácil determinar rápidamente el ángulo con una mirada rápida, como se muestra en la figura 1. Ni siquiera necesita anotar el ángulo de fase - usted acaba de dibujar las líneas; ya sea dentro o fuera del círculo, como es mostrado en la Figura 2. Usted puede ver fácilmente que estas dos lecturas están desfasadas 180°. (A menudo el ángulo es escrito encima de la línea horizontal y la amplitud es escrita debajo de la línea, o visa versa).

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Estos datos pueden ser utilizados de varias maneras, pero un método común es llamado el esquema de burbuja (desarrollado por Ralph T. Buscarello), como es ilustrado en la Figura 3. Usted puede tomar lecturas alrededor de la máquina e ingresarlos en el esquema, agregando las líneas según el ángulo.

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Precauciones al utilizar datos de Fase

Debe tener cuidado al comparar lecturas de fase tomadas en los extremos opuestos de una máquina, o al comparar lecturas de fase tomadas a través de un cople. Las lecturas de la fase son sensibles a la dirección. Por lo tanto usted tiene que agregar 180° a sus lecturas si el acelerómetro es girado 180°.

También debe conocer la convención de fase utilizada por su recolector de datos. La figura 4 ilustra uno de tal convención.

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También note que cuando hablamos de las relaciones de fase entre ciertos puntos de una máquina, yo puedo citar que las lecturas de fase Figura 2 – métodos Alternativos para demostrar gráficamente lecturas de fase. Debe ser en-fase, 90° o 180° desfasado. Estos son valores aproximados. Las lecturas verdaderas pueden estar hasta 30° más alto o más bajo y la regla permanece. Por ejemplo, si la diferencia entre dos lecturas estuvo entre 150° y 210°, entonces usted puede considerar las lecturas que estén 180° fuera de fase.

También, si la diferencia entre dos lecturas es aproximadamente 270°, entonces es equivale a un diferencia de fase de 90°. Igualmente la diferencia de fase de -180° equivale a una diferencia de fase180°. Todo depende de la dirección de rotación, la configuración del recolector de datos, y de la convención utilizada por el recolector de datos.

Diagnosticando condiciones de Falla con Fase

Está más allá del alcance de este artículo explicar completamente todas las relaciones de amplitud y fase que pueden ser hechas para diagnosticar todas las condiciones de defecto, o mostrar los ejemplos de esquemas de burbuja – para eso son los cursos de capacitación.

Utilizaremos una máquina de muestra, mostrada en la Figura 5, para ver cómo las lecturas de fase nos pueden ayudar a diagnosticar condiciones de falla.

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Podemos tomar varias medidas para comprender el movimiento de la máquina. Podemos tomar lecturas vertical y horizontalmente en cada extremo del componente. Podemos comparar la amplitud y la fase de vertical contra horizontal; podemos comparar las lecturas verticales en ambos extremos del componente, y podemos comparar las lecturas horizontales en ambos extremos del componente. Para máquinas acopladas, también podemos tomar lecturas de fase a ambos lados del acoplado y comparar las lecturas.

Las lecturas axiales son también muy importantes. En vez de una sola lectura, podemos tomar lecturas a ambos lados del eje; comparar el lado izquierdo al lado derecho, y comparar las lecturas de la parte superior con la parte inferior. Y otra vez podemos comparar lecturas axiales tomadas en cualquier lado del acoplamiento (por ejemplo en el motor y en la bomba).

Usted quizás reúna rutinariamente una sola lectura axial de vibración, pero cuando usted reúne lecturas de fase, es importante reunir dos lecturas axiales, y en ciertos casos que discutiremos más adelante, usted puede reunir aún cuatro lecturas. Debido al acceso restringido, debido a asuntos de seguridad, y debido a la construcción de la máquina, a veces usted sólo puede tomar medidas axiales en un extremo de la máquina.

Diagnosticando Desbalance

Aunque considerado por algunos de ser el defecto más común y más sencillo de diagnosticar, es realmente bastante fácil de confundir el desbalance con otras condiciones de defecto. Si usted encuentra que un pico alto 1X y asume que necesita ser balanceado, podría estar equivocado – y generar mucho trabajo innecesario - y todavía no corregir el defecto.

Necesitamos volver y estudiar el movimiento de un rotor cuando no es balanceado correctamente. Si usted comprende el movimiento fundamental podrá utilizar los datos de fase para demostrar que el rotor de hecho esta desbalanceado, y existen otras posibilidades.

Ahora revisaremos rápidamente las diferentes formas de desbalance, y después ver cómo podemos analizar las lecturas de extremo a extremo de fase y las lecturas de fase de vertical a horizontal (valores relativos de amplitud son también muy útiles, pero eso es para otro artículo).

Desbalance estático - El tipo más sencillo de desbalance equivale a un lugar pesado en un solo punto en el rotor. Esto es llamado un desbalance estático porque aparecerá incluso si el rotor no gira - si es colocado en cojinetes antifricción el rotor girará por lo que el lugar pesado estará en la posición más baja. Esperaríamos que el movimiento en los dos extremos del componente estarían en-fase (eso es, las dos lecturas verticales estarían en fase, y las dos lecturas horizontales estarían en fase). Debido al movimiento circular, nosotros también esperaríamos que el ángulo de fase entre el eje vertical y el horizontal sería de aproximadamente de 90°, como es ilustrado en la Figura 6.

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Desbalance de acople - Un rotor con desbalance de acople puede estar balanceado estáticamente (puede parecer balanceado perfectamente si es colocado en cojinetes anti fricción), pero cuando gira, producirá fuerzas centrífugas en los cojinetes, y estarán opuestos a fase. Por lo tanto el ángulo de fase entre dos lecturas verticales (tomadas de cada extremo del componente) será semejante al ángulo de la fase entre las dos lecturas horizontales; aproximadamente 180°, como es ilustrado en la Figura 7.

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Desbalance Dinámico - En la realidad la cantidad de desbalance no puede ser distribuida uniformemente por el rotor (a menos que sea un rotor muy estrecho o un ventilador axial, que en este caso se aproximará a desbalance estático). Podríamos tener una combinación de desbalance estático y de desbalance de acople, como es ilustrado en la Figura 8. Esta combinación es llamada Desbalance dinámico.

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Las Máquinas verticales y las Máquinas Sobresalidas - las lecturas de Fase también nos pueden ayudar a diagnosticar desbalance en ambas máquinas verticales y sobresalidas.

Las máquinas verticales, como bombas verticales, son generalmente voladizas de su base, y muestran generalmente niveles máximos de vibración (en la velocidad operacional) en el extremo libre del motor sin importar cuál componente está realmente desbalanceado. Las lecturas de fase recolectadas por la máquina deben ser en-fase. A causa del movimiento circular que resulta del desbalance, las lecturas de fase tomadas 90° alrededor de las medidas de referencia deben ser 90° más alto o más bajo; dependiendo de la dirección de rotación.

La dinámica de una máquina sobresalida es bastante diferente; por lo tanto nuestro estudio de niveles relativos de vibración y lecturas de fase es bastante diferente. Las bombas y los ventiladores sobresalidos son comunes en la industria así que usted debe examinar la máquina para asegurarse de que sabe si un componente esta sobresalido o apoyado en ambos lados por cojinetes.

Las lecturas de fase serán en-fases en la dirección axial, como es mostrado en la Figura 9. A causa del movimiento que dobla habrá entre 0° y 180° de diferencia entre las dos lecturas horizontales e igualmente entre las lecturas verticales. La diferencia de la fase entre las lecturas verticales será semejante a la diferencia de la fase entre las dos lecturas horizontales. Y, a causa del movimiento circular, habrá aproximadamente 90° entre las lecturas verticales y las horizontales.

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Desalineación

La desalineación es muy común. Sin embargo, puede ser difícil de detectar con solo el espectro de vibración. La desalineación puede ser confundida fácilmente con otras condiciones de falla, incluyendo desbalance y holgura. El análisis de fase es una gran ayuda.

Cuándo una máquina esta desalineada hay fuerzas típicas en juego en proporción al grado de desviación y ángulo entre las líneas centrales giratorias de los ejes. Estas fuerzas son muy diferentes a aquellas observadas cuando una máquina está mal balanceada; por lo tanto las relaciones de fase son bastante diferentes. Si usted sospecha de desbalance o desalineación, y realiza las pruebas descritas en la sección anterior y encuentra que no se cumplen las reglas (por ejemplo, el ángulo de fase entre los ejes verticales y horizontales no está entre 110° y 70°), entonces existe una gran probabilidad de que la máquina este desalineada.

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1). La relación de la fase entre las lecturas verticales y horizontales tomadas en el extremo de la máquina no seguirá las reglas que describimos a cerca del desbalance. Debido al movimiento creado con angular y desalineación de desviación, y el efecto de que diferentes tipos de coples tendrán en ese movimiento, el ángulo de fase entre los extremos de la máquina no será consecuente en las direcciones verticales y horizontales.

2). Si una máquina esta desalineada, no esperaríamos ver 90° diferencia entre las lecturas verticales y horizontales tomadas en el mismo cojinete. En vez de esto es probable que estén más cerca a 0° o 180°.

Cuándo hay una desalineación angular fuerte que usted esperaría que las lecturas de fase fueran de 180 fuera de fase a través del cople.

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Cuándo usted compara las lecturas de fase de cada lado del eje (por ejemplo a la izquierda y lado derecho del eje, en la cara del componente), las cosas se pueden poner un poco interesante. Si las lecturas a través del cople (de un componente de máquina a otro) deberían estar fuera de fase, entonces usted esperaría una relación coherente de fase alrededor del eje – para mantener la relación de cruz-cople. Sin embargo, a causa del tipo de cople, el diseño de los dos componentes de la máquina, y del balance actual de la desviación de la desalineación y de la desalineación angular, las lecturas de fase le pueden sorprender. En un componente las lecturas pueden ser en-fases, pero en el pueden estar fuera de fase.

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Excentricidad

La excentricidad ocurre cuando el centro de rotación esta desplazado de la línea central geométrica de una roldana (polea), engranaje, cojinete, o rotor. La vibración más alta estará en el eje de la banda, así que las medidas deben ser tomadas en esta dirección, como es mostrado en la Figura 13. Habrá una diferencia de fase entre la medida tomada en el eje de la banda y en los ángulos derechos a esa dirección de 0° o 180°. Note que no tomamos medidas de fase en las direcciones verdaderas, verticales y horizontales. Tomamos una medida de acuerdo con las bandas, y las otras en el ángulo derecho a esta dirección.

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Eje doblado

Un eje doblado causa predominantemente alta vibración axial de 1X. La vibración dominante es normalmente de 1X si la curva está cerca del centro del eje. Sin embargo, usted verá vibración 2X si la curva está más cerca al cople. Las medidas verticales y horizontales también a menudo revelarán picos en 1X y 2X, sin embargo la clave es la medida axial. La fase es una buena prueba para diagnosticar un eje doblado. La fase en 1X medida en las direcciones axiales en extremos opuestos del componente estará desfasada 180°.

También es posible tomar lectura de fase alrededor del eje – en ambos lados del eje, y arriba y abajo, como es ilustrado en la Figura 14. Esperamos que todas las lecturas estén en fase.

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Cojinete Montado

Un cojinete montado, que es realmente una forma de desalineación, generará vibración axial considerable que puede ser confundida con desalineación y otras condiciones.

Hay realmente dos formas posibles de cojinete montado. Si la carrera exterior del cojinete es montada, las lecturas axiales de fase indicarán una diferencia de 180° de un lado del eje al otro. Sin embargo, todo depende de cómo está montado. La diferencia de 180° puede ser vista del lado izquierdo a la derecha o puede ser vista de la parte superior a la inferior – pero no ambas.

Si la carrera interior está montada en el eje, entonces el cojinete parecerá que "tambalea" cuando gira, generando una diferencia de fase de rotación de 180°. Habrá una diferencia de 90° mientras se mueve de la parte superior a la derecha a la parte inferior, a la izquierda (o 12:00 a 3:00 a 6:00 a 9:00). Las relaciones de la fase son ilustradas en la Figura 15.

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Holgura

El análisis de fase también puede ser utilizado para ayudar a identificar problemas de holgura y de la base – pero en una manera ligeramente diferente. Primero, porque la holgura de rotación implica un pico 1X y la harmónicos, pueden, a veces, ser confundidos con desalineación e incluso con eje doblado y cojinete montado. Sin embargo, las lecturas de fase no seguirán las reglas que hemos discutido hasta ahora, y serán de naturaleza aleatoria (errática). Así que esto le puede ayudar a distinguir entre las dos condiciones de defecto.

En el caso de la holgura estructural, donde hay un problema con la base, la fase puede ser utilizada en dos maneras. Primero, si los niveles de vibración son lo suficientemente altos, la máquina se puede mecer de atrás hacia adelante. Las lecturas de fase tomadas en la dirección horizontal podrían estar en fase, pero a diferencia del desbalance, no habrá una diferencia de 90º de fase entre vertical y horizontal.

Si hay una grieta en la base o un perno flojo, usted puede vigilar la fase mientras mueve el acelerómetro de un punto a otro. Cuándo el acelerómetro de mueve a través de la grieta o de la holgura, el ángulo de fase cambiará aproximadamente 180º.

Conclusión

Espero que usted ahora tenga un interés nuevo o renovado en, y respeto para, el análisis de fase. Como hemos visto, la fase es un instrumento poderoso que puede ayudarlo a diagnosticar positivamente una gran variedad de condiciones de defecto. Y, si usted tiene un recolector de datos de dos canales, las lecturas de fase no son difíciles de reunir. Yo le recomiendo comenzar a utilizar el análisis de fase hoy mismo!.

Jason Tranter es el fundador de Mobius, la compañía de iLearn, y el fundador del Mobius Institute. Jason es el autor de iLearn- Vibration, iLearnAlignment, y del instrumento de análisis. Jason comenzó su carrera en el mundo de la vibración en 1986 en Australia. Después de vender su negocio a DLI en 1990, paso seis anos en una consultora desarrollando un producto cerca de Seattle. Jason ha escrito artículos, y ha desarrollado muchos cursos de capacitación alrededor del mundo. Mobius cuenta con oficinas en Seattle, Knoxville y en Melbourne, Australia, y tiene clientes en más de 80 países.

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