CAPÍTULO V SISTEMAS DE TRANSMISIÓN POR FAJAS EN V Y SOLTURA MECÁNICA

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1 ANÁLISIS VIBRACIONAL EN EQUIPOS ROTATIVOS Y MANTENIMIENTO PREDICTIVO CAPÍTULO V SISTEMAS DE TRANSMISIÓN POR FAJAS EN V Y SOLTURA MECÁNICA CIRO MARTÍNEZ TRINIDAD martinez_ciro@yahoo.com

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3 ANÁLISIS VIBRACIONAL EN EQUIPOS ROTATIVOS Y MANTENIMIENTO PREDICTIVO SISTEMAS DE TRANSMISIÓN POR FAJAS EN V Introducción Cálculo de las frecuencias más importantes Ejemplo 1; Cálculo de frecuencias en un sistema de transmisión por fajas en V Fallas típicas de las fajas en V Desgaste del área de contacto de fajas con poleas Excentricidad de poleas Desbalance de poleas Desalineamiento de fajas y poleas Resonancia de las fajas Ejemplo 2; Frecuencias de vibración en un sistema de transmisión por fajas en V SOLTURA MECÁNICA Introducción Solturas por mal anclaje del patín con la cimentación Solturas por rajaduras o falta de rigidez de los apoyos Solturas en rodamientos Soltura en engranajes

4 5. Soltura en motores eléctricos Soltura en fajas en V Ejercicios Bibliografía

5 SISTEMAS DE TRANSMISION POR FAJAS EN V INTRODUCCIÓN Las fajas y poleas en V causan alta vibración, cuando están junto a otros problemas, tales como; desbalance, desalineamiento y soltura mecánica, que al ser eliminadas, se minimiza la alta vibración por fajas. Las tomas de vibración en las direcciones; perpendicular y paralela a la tensión de las fajas, son las mediciones más significativas para detectar fallas en los sistemas de transmisión por fajas. Figura 5.1Sentidos de las Mediciones en Sistemas de Transmisión por Fajas SISTEMAS DE TRANSMISIÓN POR FAJAS EN V Y SOLTURA MECÁNICA - 5.5

6 CÁLCULO DE LAS FRECUENCIAS MÁS IMPORTANTES El sistema de transmisión por fajas relaciona a tres elementos; la polea motriz, las fajas de transmisión y la polea accionada, por lo tanto; sus frecuencias interactúan entre ellas y se observa que en el espectro de frecuencias las vibraciones a la frecuencia de las fajas generalmente modulan a las frecuencias de las velocidades de las poleas. RPM de la polea motriz : N Diámetros de las poleas motriz y accionada : D y E RPM de la polea accionada : M = NxD/E Suma de frecuencias : N + M Resta de frecuencias : N - M Velocidad de la faja : NxDxπ/K Longitud de la faja : K Distancia entre centros : L K H I = [(HxD/2)+(IxE/2)+2J] = π[1-(g/90)] = π [1+(G/90)] J = [L 2 -((E-D)/2) 2 ] G = seno -1 [(E+D)/2L] La excentricidad en una polea causa en cada revolución, variación de la tensión de las fajas, que originan vibraciones en la dirección de la tensión de las fajas. SISTEMAS DE TRANSMISIÓN POR FAJAS EN V Y SOLTURA MECÁNICA - 5.6

7 EJEMPLO 1; CÁLCULO DE FRECUENCIAS EN UN SISTEMA DE TRANSMISIÓN POR FAJAS EN V Figura 5.2 Cálculo de las Frecuencias de un Sistemas de Transmisión por Fajas Velocidad de la Polea 1 Velocidad de la Polea 2 : N = 1780 RPM : M = 1780x10/35 = RPM Suma de frecuencias : N + M = = Resta de frecuencias : N - M = = Velocidad de la faja : RPM SISTEMAS DE TRANSMISIÓN POR FAJAS EN V Y SOLTURA MECÁNICA - 5.7

8 FALLAS TÍPICAS DE LAS FAJAS EN V 1. DESGASTE DEL AREA DE CONTACTO DE FAJAS CON POLEAS El desgaste es por deslizamiento de la faja con la ranura de la polea, si hay excesivo desgaste de la faja o de la ranura, el deslizamiento se incrementa y se pierde el ajuste. El espectro de frecuencias presenta armónicas de la frecuencia de la faja. Los defectos de fajas causan alta vibración en la dirección paralela a la tensión de la faja. Las fajas múltiples en V generalmente causan alta vibración axial, porque si las fajas no están bien tensionadas, entonces las ranuras de las poleas y las fajas no se desgastan en forma pareja sobrecargando el cojinete de empuje. 2. EXCENTRICIDAD DE POLEAS Las poleas excéntricas causan alta vibración a la frecuencia de giro de la polea excéntrica y la vibración es más significativa en el sentido de la tensión de las fajas. 3. DESBALANCE DE POLEAS Las poleas desbalanceadas causan alta vibración a la frecuencia de giro de la polea y las vibraciones son radiales, pero la más significativa es en el sentido de la tensión de las fajas. 4. DESALINEAMIENTO DE FAJAS Y POLEAS Si hay desalineamiento entre poleas la vibración axial es importante y acelera el desgaste de los cojinetes de empuje. 5. RESONANCIA DE LAS FAJAS La vibración por resonancia de fajas se puede visualizar fácilmente debido a su exagerado movimiento en el lado de tensión; la frecuencia natural puede ser cambiada alterando lo siguiente: Tensión de la faja. Longitud de la faja y la distancia entre centros de las poleas. Aumentando una polea loca para la tensión de las fajas. SISTEMAS DE TRANSMISIÓN POR FAJAS EN V Y SOLTURA MECÁNICA - 5.8

9 EJEMPLO 2; FRECUENCIAS DE VIBRACIÓN EN UN SISTEMA DE TRANSMISIÓN POR FAJAS EN V Velocidad de la Polea 1 N: 1782 RPM Velocidad de la Polea 2 M: 1030 RPM Diámetro de Polea 1 D: pulg. Diámetro de Polea 2 E: pulg. Distancia entre Centros L: pulg. Longitud de la faja : pulg. FRECUENCIAS EN CPM ARMONICAS N M FREC. FAJAS DIFERENCIA N - M SUMA N + M ARMONICAS N: MODULADO CON FRECUENCIA DE FAJA M: MODULADO CON FRECUENCIA DE FAJA Tabla 5.1 Frecuencias de fallas de Sistemas de Transmisión por Fajas en V SISTEMAS DE TRANSMISIÓN POR FAJAS EN V Y SOLTURA MECÁNICA - 5.9

10 SOLTURA MECÁNICA INTRODUCCIÓN La soltura no es una causa de vibración sino, es la reacción a otros problemas presentes en la máquina tales como; desbalance, desalineamiento, excentricidad, etc. 1. SOLTURAS POR MAL ANCLAJE DEL PATÍN CON LA CIMENTACIÓN La soltura por falta de ajuste de los pernos de anclaje del patín a la cimentación y la distorsión causada por la falta de planitud entre el patín y la base de la máquina, generan vibraciones a 1xRPM del eje del rotor. Los pernos mal ajustados son fácilmente determinados; Sí no hay soltura entonces el ángulo de fase medido en cada una de las planchas es igual a 0 y si hay soltura o falta de ajuste adecuado en los pernos entonces el ángulo de fase será de SOLTURAS POR RAJADURAS O FALTA DE RIGIDEZ DE LOS APOYOS La falta de rigidez de los apoyos, puede ser causadas por rajaduras de la estructura de los pedestales o por falta de ajuste o soltura de los pernos de las cajas de cojinetes. El espectro de vibraciones presenta hasta cuatro armónicas de las RPM del eje, la segunda armónica es generalmente la de mayor amplitud y sus amplitudes no son estables en el tiempo, varían en forma aleatoria. 3. SOLTURAS EN RODAMIENTOS Las solturas en rodamientos pueden ser; entre la pista interior y el eje, entre la pista exterior y su alojamiento o por excesivo juego interno. El espectro de vibraciones muestra múltiples armónicas de las RPM del eje y el ángulo de fase es errático, sí existen armónicas de subarmónicas, tales como; 1/2xRPM o 1/3xRPM, entonces hay rozamiento entre el rotor y el estator producto de la excesiva soltura. 4. SOLTURA EN ENGRANAJES SISTEMAS DE TRANSMISIÓN POR FAJAS EN V Y SOLTURA MECÁNICA

11 Engranajes sueltos causan vibraciones aleatorias en un amplio rango de frecuencias, esto nos indica que el engranaje se mueve en forma impredecible, el espectro de vibraciones a bajas frecuencias se presenta mostrando múltiples armónicas de las RPM del engranaje suelto. El espectro de frecuencias a alta frecuencia, se presenta mostrando hasta tres armónicas de la frecuencia de engrane acompañado de bandas vecinas a la RPM del engranaje suelto (+/- irpm, i= 1, 2, 3,..) y los picos de mayor amplitud están en el lado de baja. Una de las causas de desalineamiento de engranajes, es la soltura del engranaje con respecto a su eje o del cojinete con respecto a su alojamiento. El desalineamiento indica que los engranajes no encajan igualmente a través de la línea primitiva, notar que el desgaste es generalmente sobre la mitad del ancho del diente. 5. SOLTURA EN MOTORES ELÉCTRICOS La soltura de los soportes o la pérdida de la rigidez interna de los apoyos del estator, producirá vibraciones al doble de la frecuencia de la línea 2F L (7,200 CPM), por efecto de las fuerzas alternantes causadas por el campo magnético. 6. SOLTURA EN FAJAS EN V El espectro de vibraciones por soltura de una polea en su eje, son múltiples armónicas de la frecuencia de giro de la polea y el ángulo de fase a 1xRPM es inestable. Sí el problema es desgaste de fajas, el espectro de vibraciones mostrará 3 o 4 armónicas de la frecuencia de la faja y el pico de la 2da armónica puede ser de mayor amplitud que el de la frecuencia fundamental. La falta de tensión de las fajas, se puede observar, sí hay un vaivén exagerado de las fajas del lado de tensión, puede haber resonancia de las fajas y la frecuencia de la vibración será muy cercana a una de las RPM de las poleas o a una de sus armónicas. SISTEMAS DE TRANSMISIÓN POR FAJAS EN V Y SOLTURA MECÁNICA

12 Figura 5.3 Espectro Típico de Soltura en Rodamientos en un Motor Eléctrico que Gira a RPM SISTEMAS DE TRANSMISIÓN POR FAJAS EN V Y SOLTURA MECÁNICA

13 EJERCICIOS 1. Un sistema de transmisión por fajas, consta de lo siguiente; una polea motriz de 12 pulgadas que gira a 3580 RPM, una polea accionada de 18 pulgadas y con una distancia entre centros de poleas de 50 pulgadas. Calcular lo siguiente: 1.1 RPM de la polea accionada. 1.2 Longitud de la faja. 1.3 Velocidad de la faja. 1.4 Enumerar las frecuencias de falla de poleas en el espectro 2. Cual es el espectro esperado de un rotor desbalanceado que gira a 1778 RPM y que esta montado en rodamientos con excesivo juego radial. BIBLIOGRAFÍA 1. IRD Mechanalysis; Columbus, Ohio; Vibration Technology II, K. A. Ward; Don t Forget Belt Frequencies, Amoco Chemical Co. Texas City, Texas; Vibrations Vibration Institute, Vol.9, No. 3; SISTEMAS DE TRANSMISIÓN POR FAJAS EN V Y SOLTURA MECÁNICA