I. Tipos comunes de Máquinas Rotativas
La mayoría de las máquinas incorporan componentes giratorios.
Las máquinas rotativas se refieren a máquinas cuya función principal se cumple mediante un movimiento de rotación, particularmente aquellas máquinas en las que los componentes principales giran a altas velocidades.
Los tipos de máquinas rotativas son diversos e incluyen turbinas de vapor, turbinas de gas, compresores centrífugos, generadores, bombas, turbinas hidráulicas, ventiladores y motores eléctricos.
Los componentes principales de estas máquinas son rotores, sistemas de rodamientos, estatores y carcasas de unidades, así como acoplamientos.
La velocidad de rotación de estas máquinas puede variar desde unas pocas decenas hasta varios cientos de miles de revoluciones por minuto. A continuación se describen algunos ejemplos de máquinas rotativas típicas.
1. turbina de vapor
Una turbina de vapor es una máquina giratoria que convierte la energía del vapor en trabajo mecánico, también conocida como rotor de vapor.
Se utiliza principalmente como motor primario para la generación de energía, pero también puede impulsar directamente varias bombas, ventiladores, compresores y hélices de barcos.
Además, el escape o la extracción intermedia de una turbina de vapor se puede utilizar para satisfacer las necesidades de calefacción tanto en entornos industriales como domésticos.
2. Compresor centrífugo
Un compresor centrífugo funciona transfiriendo energía a un gas a través de un rotor, aumentando así su presión.
Puede constar de una o varias etapas. Este tipo de compresor entra en la categoría de compresores de paletas rotativas, también conocidos como turbocompresores.
Dentro del compresor centrífugo, la rotación a alta velocidad del rotor ejerce una fuerza centrífuga sobre el gas y la expansión en el canal difusor aumenta aún más la presión del gas.
3. Generador eléctrico
Un generador eléctrico es un dispositivo mecánico que convierte diversas formas de energía en energía eléctrica.
Originado durante la Segunda Revolución Industrial, fue desarrollado por primera vez por el ingeniero alemán Siemens en 1866.
Impulsados por turbinas hidráulicas, turbinas de vapor, motores diésel u otros dispositivos mecánicos, los generadores transforman la energía generada por el flujo de agua, el flujo de aire, la combustión de combustible o la fisión nuclear en energía mecánica.
Luego, el generador convierte esta energía mecánica en energía eléctrica. Los generadores tienen una amplia gama de aplicaciones en la producción industrial y agrícola, la defensa, la tecnología y la vida cotidiana.
4. Bomba de agua
Una bomba de agua es un dispositivo mecánico diseñado para transportar o presurizar líquidos.
Transfiere energía mecánica del motor principal u otras fuentes de energía externas al líquido, aumentando su energía.
Se utiliza principalmente para transportar diversos líquidos, incluidos agua, aceite, soluciones ácido-base, emulsiones, suspensiones y metales líquidos.
La bomba también puede manejar mezclas de líquidos y gases, así como líquidos que contengan sólidos en suspensión.
5. Aficionados
Un ventilador es un dispositivo mecánico que depende de la entrada de energía mecánica para aumentar la presión del gas y expulsarlo.
Es un tipo de maquinaria impulsada por fluidos, con una presión de escape inferior a 1,5×10 5 Pa. Los ventiladores se utilizan ampliamente para ventilación, extracción de polvo y refrigeración en fábricas, minas, túneles, torres de refrigeración, vehículos, barcos y edificios.
También se utilizan para ventilación y extracción de aire en calderas y hornos industriales, para refrigeración y ventilación en aparatos de aire acondicionado y electrodomésticos, para secar y clasificar granos, así como para el flujo de aire en túneles de viento y para inflar y propulsar aerodeslizadores.
6. Motor eléctrico
El motor eléctrico es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Fue diseñado basándose en el fenómeno de una bobina electrificada que gira bajo la fuerza de un campo magnético.
Dependiendo de la fuente de energía utilizada, los motores se clasifican en motores de corriente continua y motores de corriente alterna.
La mayoría de los motores de los sistemas eléctricos son motores de corriente alterna, que pueden ser síncronos o asíncronos. El motor eléctrico se compone principalmente de un estator y un rotor.
La dirección de la fuerza ejercida sobre el cable electrificado en el campo magnético está relacionada con la dirección de la corriente y las líneas del campo magnético.
El principio de funcionamiento de un motor eléctrico es la fuerza que ejerce el campo magnético sobre la corriente, haciendo que el motor gire.
II. Clasificación de vibraciones de máquinas rotativas.
La función principal de la maquinaria rotativa la realizan sus componentes giratorios, siendo el rotor el más importante.
El principal indicador de mal funcionamiento en maquinaria rotativa es la vibración y el ruido anormales. Las señales de vibración, reflejadas en el dominio de amplitud, frecuencia y tiempo, iluminan la información de fallas de la máquina.
Por lo tanto, comprender los mecanismos de vibración de las máquinas rotativas en condiciones de mal funcionamiento es esencial para monitorear el estado operativo y mejorar la precisión del diagnóstico de fallas.
Las vibraciones en máquinas rotativas se pueden clasificar en tres tipos según la naturaleza de la vibración mecánica.
1. Vibración forzada
La vibración forzada, también conocida como vibración sincrónica, es un tipo de vibración causada por fuerzas de excitación externas continuas y periódicas.
La vibración forzada adquiere constantemente energía del entorno externo para compensar la energía consumida por la amortiguación, manteniendo una amplitud constante de vibración dentro del sistema.
Esta vibración, a su vez, no impacta la fuerza perturbadora. Las principales causas de la vibración forzada incluyen el desequilibrio de masa del rotor, acoplamientos desalineados, fricción estática en el rotor, piezas mecánicas sueltas y daños a los componentes o cojinetes del rotor.
La frecuencia característica de la vibración forzada es siempre igual a la frecuencia de la fuerza perturbadora.
Por ejemplo, la vibración forzada causada por el desequilibrio de masa del rotor tiene una frecuencia de vibración que siempre es igual a la frecuencia de la velocidad de rotación.
2. Vibración autoexcitada
La vibración autoexcitada se refiere a la vibración causada por fuerzas alternas generadas por el movimiento interno de la máquina durante la operación. Tan pronto como cesa la vibración, la fuerza alternante desaparece naturalmente.
La frecuencia de vibración autoexcitada es la frecuencia natural (o crítica) de la máquina, independientemente de la frecuencia de excitación externa.
El remolino de aceite y la oscilación de la película de aceite son tipos comunes de vibración autoexcitada en máquinas rotativas, causadas principalmente por la resistencia interna del rotor y la fricción entre componentes estáticos y dinámicos.
En comparación con la vibración forzada, la vibración autoexcitada se produce de forma más repentina, con intensidades de vibración más severas, provocando graves daños a la máquina en un corto período.
3. Vibración forzada no constante
La vibración forzada no constante es un tipo de vibración forzada causada por perturbaciones externas.
Característicamente, comparte la misma frecuencia que la perturbación; la propia vibración influye recíprocamente en la magnitud y la fase de la perturbación. Tanto la amplitud como la fase de la vibración varían.
Por ejemplo, si se produce una deformación térmica desigual en una determinada parte del eje del rotor, esto equivale a la adición de una masa desequilibrada al rotor, provocando cambios en la amplitud y fase de la vibración.
Por otro lado, estos cambios de amplitud y fase afectan la magnitud y ubicación de la deformación térmica irregular, provocando que la vibración forzada varíe continuamente.
