Holguras
Las holguras mecánicas pueden tener naturaleza muy distinta: falta de apriete entre distintos elementos mecánicos (aflojamiento de pernos, rotura de anclajes, etc.), aumento de tolerancias producidas por desgastes (holguras en cojinetes, rodamientos, engranajes, etc.), etc. Las holguras se manifiestan en las medidas de vibración siempre y cuando exista una fuente de excitación debida a un problema ajeno a la propia holgura, como pueden ser desequilibrio, desalineación, etc., de forma que pequeñas fuerzas de excitación exterior pueden producir elevadas amplitudes de vibración, en presencia de holguras.
Las holguras se caracterizan por presentar en el espectro de frecuencias varios armónicos de la velocidad de giro del eje. Los niveles de vibración experimentados por la máquina suelen ser importantes. En función de la evolución de las holguras, en los espectros pueden aparecer picos armónicos de la velocidad de giro (1x, 2x, 3x, etc.), medios armónicos de la velocidad de giro (1,5x, 2,5x, 3,5x, etc.) e incluso subarmónicos de dicha frecuencia (0,5x). Por otro lado, la forma de onda en el tiempo se caracterizará por ser errática y sin ningún patrón de repetición.
Podemos hacer una clasificación general de las holguras, distinguiendo entre holguras de elementos rotativos (rodamientos, cojinetes de fricción. acoplamientos, rotores, etc.) y holguras estructurales (bancadas, cajeras, pernos de anclaje, etc.). Cada una de ellas tiene unas características propias que se comentan a continuación.
Holguras de elementos rotativos
Este tipo de holguras se caracterizan por presentar un espectro con una gran cantidad de frecuencias relacionadas con la frecuencia de giro del rotor, pudiendo distinguirse: armónicos (1x, 2x, 3x, etc.), subarmónicos (0,5x) y medios armónicos (1,5x, 2,5x, 3,5x, etc.). Generalmente se manifiestan más claramente en las direcciones radiales de medida (horizontales y verticales) que en las direcciones axiales.
A medida que el desgaste aumenta se generan cambios en el espectro de frecuencias, lo que permite hacer una clasificación de la severidad de la holgura en cuatro grupos:
- Holgura incipiente: presencia de los primeros cuatro o cinco armónicos de la velocidad de giro, con armónicos superiores de menor amplitud.
- Holgura potencialmente seria: incremento de la amplitud del primer armónico de la velocidad de giro y aparición de medios armónicos de muy baja amplitud.
- Holgura seria: aumento de la amplitud de los armónicos y medios armónicos de la velocidad de giro.
- Holgura severa: se caracteriza por presentar medios armónicos, armónicos y subarmónicos de la frecuencia de giro del rotor, de forma que en el espectro se observa una banda ancha de energía.
Holguras estructurales
Son las holguras asociadas a los elementos mecánicos no rotativos de la máquina: anclajes de fijación a la bancada, uniones entre tuberías, cajeras de rodamientos, etc. Normalmente, se manifiestan más claramente en las direcciones radiales de medida que en las axiales, con la presencia en el espectro de frecuencias de varios armónicos de la velocidad de giro del eje. Un indicador de la severidad de la holgura es la comparación de la amplitud de los armónicos a 2x y 3x con respecto a la frecuencia 1x, de forma que cuando la amplitud de dichos armónicos está por encima del 50% de la amplitud del pico 1x, nos indicará una mayor severidad de la holgura.
El motivo por el que este tipo de holguras se manifiestan en los espectros de frecuencia con varios armónicos de la frecuencia de giro (1x, 2x, 3x, 4x, etc.) se ilustran en la figura siguiente. El rotor presenta un ligero desequilibrio que actua como fuerza de excitación de las holguras debidas al aflojamiento de los anclajes entre el soporte del rodamiento y la bancada. En las cuatro etapas de la figura podemos ver como a medida que el punto pesado de desequilibrio va girando hasta completar una vuelta completa, se producen cuatro fuerzas o impulsos, indicadas en las cuatro etapas, dos de las cuales son debidas al desequilibrio y las otras dos al retorno de cada uno de los lados del soporte a la bancada. Esto nos originará varios armónicos de la frecuencia de giro en el espectro de vibración.
Para identificar y localizar si existen o no holguras entre dos elementos estructurales, como pueden ser una pata de un motor y su bancada, debidos al aflojamiento de los pernos o rotura del anclaje, existe un método muy sencillo que consiste en tomar lecturas de vibración y fase, en todas las direcciones posibles de medida (axiales, horizontales y verticales) en los dos elementos en estudio. Los datos obtenidos nos pueden dar dos posibles resultados bien diferenciados, en función de los cuales determinaremos con total fiabilidad la existencia o no de holguras entre ellos:
- Si los espectros obtenidos en la misma dirección en los dos elementos presentan amplitudes similares y además las lecturas de fase son idénticas nos indicarán que existe una buena unión entre los dos elementos.
- Si por el contrario, las amplitudes de los picos armónicos de la frecuencia de giro en las mismas direcciones de medida en los dos elementos son distintas, y además hay diferencias importantes de fase entre ellas, nos confirmarán la existencia de holguras entre ambos elementos.
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