curso de analisis de vibracion

7/28/2019 Curso de Analisis de Vibracion.

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Principios Bsicos de

Anlisis de Vibraciones


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Anlisis de Vibracin

De todos los parmetros que en la industriapueden medir de manera no intrusiva, el quems informacin contiene es la medicin de

vibracionesArt Crawford


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Introduccion Por su naturaleza la vibracin es destructiva, en la maquinaria

industrial suele causar desgaste y daos catastrficos, por lo cuales importante eliminarla o controlarla en el nivel mas bajo posible. La vibracin reduce de manera importante la vida de los

componentes de maquinaria debido a la fatiga que sufren por lascargas dinmicas a que son sometidos, aunado al efecto de otros

factores como la condicin de lubricantes, temperatura, carga, etc.


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Qu es la vibracin?

La vibracin es aquel movimiento de un cuerpo conrespecto a un punto de referencia y es causado porfuerzas mecnicas indeseables

Vibracin en la flecha causado pormovimiento con respecto a lalnea de centro de chumacera


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Anlisis de

Vibracin... Principios Bsicos


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1 revolucin

T

Amplitud

0

+

-

Forma de Onda

3600 RPM = 3600 ciclos por minuto

60 Hz = 60 ciclos por segundo

1 Order = Una vez las rpm de giro

Punto pesado

Rotacin


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1000RPM

1 revolucin

T

Amplitud

0

+

-

4 aspas = Vibracin que ocurre 4 veces por vuelta4 X 1000 RPM = Vibracin que ocurre 4000 ciclos por min.

= 4000 CPM

Forma de Onda


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12dientes

1000 RPM

1 revolucin

T

Amplitud

0

+

-

12 dientes embonan en cada ciclo vuelta12 x 1000 RPM = vibracin que ocurre12,000 ciclos por min.

= 12,000 cpm = 200 Hz

Forma de Onda


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Tiempo

0

+

-

Tiempo

Tiempo

0

+

-

0

+

-

Forma de Onda


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Forma de Onda

0

-

+

Tiempo

La forma de onda contiene todas lasdiferentes frecuencias mezcladas.


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Forma de Onda

Ejemplo de una forma de onda


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Adquisicin de sealTransductor

EnergaTotal

FFT

Forma de onda

Espectro

Amplitud

Amplitud

Tiempo

Frecuencia


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Adquisicion de datos.Para realizar un anlisis y diagnostico de vibracin efectivo esnecesario adquirir datos de la mejor calidad, para esto se deben cuidar

los siguientes elementos.Transductor (sensor).- Seleccione el sensor apropiado de acuerdo con las frecuencias queespera.Montaje del sensor.- utilice el montaje apropiado para obtener la mejor respuesta delsensor, un montaje incorrecto genera seales que no contienen la informacin fiel del

movimiento vibratorio que se esta analizando y conduce a un diagnostico errneo. Cuandoutilice un sensores de aceleracin o velocidad trate de conseguir un montaje de perno o debase magntica para obtener el mejor rango de frecuencias posibles.Cables y conectores.- verifique que los conectores y cables de conexin entre el sensor einstrumento de medicin estn en buen estado.Puntos de medicin.- seleccione cuidadosamente los puntos de medicin, deben serposiciones donde haya una buena transmisin de la energa de la vibracin hasta laubicacin del transductor de vibracin.Instrumento de medicin.-verifique que las caractersticas de los instrumentos de mediciny anlisis sean apropiados para lo que se busca, en algunos casos el no ver lo que busca nosignifica que no este presente, pueden ser que su instrumento o sensor no lo cubran.


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Procesamiento de espectro FFT

Freq

uenc

y

Amplitude

Time

Amplitude

Time

Amplitude

Forma de onda compleja

Separacion de movimientosarmonicos simples

Espectro derivado de la FFT

FFT: Transformada Rapida de Fourier

El espectro de frecuencia es una representacion en amplitud y Frecuencia de cada movimiento armonicosimple que contiene una seal de vibracion compleja. Se transforma la seal representada en el dominiodel tiempo a una representacion en el dominio de la frecuencia. Transformacion se realiza mediante unalgoritmo numerico conocido como Transformada Rapida de Fourier (FFT por sus siglas en ingles).El espectro de frecuencias es la herramienta de diagnostico de vibracion mas popular, ya que lasfrecuencias que en el aparecen son generadas por distintos fenomenos y defectos de componentes queocurren en la maquinaria industrial, esto facilita el diagnostico.


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Dominio de la frecuencia

FFT - Transformada Rpida de Fourier Separa las frecuencias individuales Detecta amplitudes de vibracin en cada

frecuencia


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Frecuencia

1x

4x

12x

Tiempo0

+

-

Tiempo

Tiempo

0

+

-

0

+

-

Frecuencia

Frecuencia

Dominio de la frecuencia


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Un espectro tpico (FFT)

Varios picos distintivos


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Un espectro tpico (FFT)

Picos especficoscorrelacionados con

Fallas especficasen maquinaria

relativosa la velocidad del equipo


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Componentes de la vibracin

Frecuencia (quin la causa)

Amplitud (severidad de la vibracin)

Fase (cmo se mueve)


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Unidades de AmplitudLa amplitud de la vibracin se puede medir en :

Aceleracin (gs)1g = 9.81 m/s2 = 386 in/s2

Velocidad (in/sec mm/sec)

Desplazamiento (mils microns)

1 mils = 0.001 inches1 micron = 0.001 mm


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Unidades de FrecuenciaLa frecuencia puede ser medida en :

Hertz (ciclos/segundo)

Ciclos por minuto (cpm)

Ordenadas


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Parmetros de un Espectro FFTLos parmetros ms importantes de un espectro son :

Frecuencia Mxima

Frecuencia Mnima

Lneas de resolucin

Unidades de amplitud


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Fmax = baja frecuencia

Fmax = alta frecuencia

Qu es Fmax ypor qu es Importante?

Fmax es la frecuencia mxima en el espectro Si no se colecta algo, no se puede analizar


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Qu es Fmax yPor Qu es Importante?

Fmax es la frecuencia mxima en el espectro Si no se colecta algo, no se puede analizar

Por qu no colectar la mxima frecuencia posible?

Limitaciones del analizador Toma mayor espacio de almacenaje Reduce la resolucin del espectro


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Porque lo que no se ve, no se podr analizar...

Por qu preocuparse con laresolucin del espectro?


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Aceleracin(altas frec.)

Velocidad(propsito general)

Desplazamiento(bajas frec.)

Qu diferencia existe entre

aceleracin, velocidad ydesplazamiento

El rango de frecuencia de inters


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En fase:180o fuera de fase:

Comparacin de faseSe le llama angulo de fase a la diferencia en tiempo que existe entre dos omas movimientos oscilatorios de la misma frecuencia comparandolos conrespecto a una referencia seleccionada, que puede ser el punto de amplitudmaxima positiva o negativa.


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En fase: 180o fuera de fase:

Comparacin de fase


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Comparacin de fase

Amplitud-A

Tiempo0

+

-

Amplit

ud-B

En fase: 180o fuera de fase:

Tiempo

Amplitud-A

Tiempo0

+

-

0

+

-

0

+

-Amplitud-B

Tiempo


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Tiemp

o

0

+

-

Pulso del tacmetro

Seal de vibracin

Fase medida entre losdos

360o

Comparacin de fase


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Diagnstico defallas en equipos


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Tres reglas del diagnstico

Cada falla en maquinaria genera unpatrn especfico de vibracin.

La frecuencia de la vibracin esdeterminada por la geometra del equipo ysu velocidad de operacin.

La amplitud de la vibracin nos indica laseveridad del problema.


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Diagnstico De Fallas enMaquinaria

Desbalance Desalineamiento Holguras y desgastes Defectos en rodamientos Defectos en engranes Problemas elctricos Solturas en bases y deterioro en cimentaciones Problemas de proceso (flujo, cavitacin,etc) y muchos ms...


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Rotacin

Punto Pesado

Centro de Masa = Centro de Rotacin

Centro de Masa Lnea de Centro

Qu es Desbalance? La fuerza creada por un cuerpo rotatorio

cuando su centro de masa se desplaza de sucentro de rotacin


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Tipos de desbalance El desbalance puede ser separado en dos

componentes:

Desplazamientocausado pordesblance

Lnea de Centros

DesbalanceEje de

rotacin

Centro de Gravedad

Desbalance Esttico:Fase constante a travs delrotor

Lnea de Centros

Desbalance

Eje de rotacin Centro de Gravedad

Desbalance Tipo Par:180o de fase en extremos de rotor


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Desbalance

Caractersticas:

Altos picos radiales a la frecuencia de 1X Baja vibracin axial a la frecuencia de 1X Baja cantidad de armnicos de 1X Patrn senoidal equivalente a la frecuencia de 1X Puede desencadenar otras fallas como solturas Fase de 90 grados entre horizontal y vertical de un mismo apoyo en

desbalance esttico Fases iguales entre los dos apoyos del rotor en las lecturas en una

misma direccin (esttico) La amplitud de la vibracin variar al cuadrado del incremento de la

velocidad de giro Fases a 180 grados entre apoyos en direccin radial con desbalance

tipo par


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Desbalance

Desbalance

El desbalance tpicamente sepresenta a la frecuencia de giroconocida como 1X


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Causas del desbalance

Mal ensamblaje armado Acumulacin no uniforme de partculas en

el rotor Desprendimiento de partes del rotor Un mal balanceo dinmico

Corrosin y desgaste de las partes


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Freq: 60.04 HzOrder: 1.010Spec: .390

Desbalance

La vibracin radiala 1X es mssignificativa que la

vibracin axial a1X


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Qu es desalineamiento?

Desviacin con respecto de una lnea decentros comn durante la operacin


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Angular

Ambos

Paralelo

Tipos de Desalineamiento


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Desalineamiento

Caractersticas: Vibracin axial alta a 1X, 2X 3X RPM Vibracin radial alta a 1X, 2X 3X RPM Armnicos arriba de 4X generalmente de baja ampl. Lecturas comparativas de fase entre coples de 180

Nota: La frecuencia de la vibracin va a depender deltipo de desalineamiento y del tipo del cople


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Desalineamiento

Desalineamiento

El desalineamiento tpicamente muestrapicos a frecuencias de 1X y 2X RPM


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Freq: 59.50Order: 2.010Spec: .640

Paso de labes

Desalineamiento

La vibracin dominante selocaliza a 2X RPM

La frecuencia de paso delabes es correspondientea 11X RPM


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Usando Fase Para Distinguir EntreDesalineamiento y Desbalance

Tome lecturas de fase en ambos lados de los coples. Si las axiales se estn a 180= desalineamiento Cuando las flechas estn desalineadas, las relaciones

de fase horizontales entre los rodamientos son rara vezsimilares a las relaciones de fase verticales entre losrodamientos.


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Usando Fase Para Distinguir EntreDesalineamiento y Desbalance Si las relaciones de fase radiales entre los coples de

ambas mquinas estn a 180, entonces es casi ciertoque existe un desalineamiento.

Estas relaciones de fase pueden tambin deberse a un

eje flexionado. Ser entonces necesario verificar con un indicador de

cartula esta condicin.


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Armnicos de lafrecuencia de giro

1X

2X

3X

4X

5X6X

7X

8X

Solturas Mecnicas

Mltiples armnicos de la frecuencia de giro


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Solturas Mecnicas

Soltura

La soltura muestra mltiplesarmnicos de la frecuenciade giro.


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Fallas en Rodamientos

Frecuencia de Bolas

(BSF)

Frecuencia de girode la jaula

(FTF)

Frecuencia de PistaInterna(BPFI)

Frecuencia de PistaExterna(BPFO)

Cuatro diferentes frecuencias de rodamientos


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Fallas en Rodamientos

Dao en rodamiento presentafrecuencias especficas debidasa la geometra del rodamientos

Dao en BPFO


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Impactos dePista Externa

Impactos de

Pista Interna

Proceso de Generacin deVibracin de un Rodamiento


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Impactos de

Pista Interna

Seal de pista internacon modulacin

Proceso de Generacin deVibracin de un Rodamiento

Impactos dePista Externa


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Inicio de Dao en Pista Externa

Los inicios de falla en rodamientosnormalmente no se aprecian en

un espectro comn


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Falla en Pista Externa

Los daos avanzados se aprecianclaramente en el espectro


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Caractersticas de fallas de baleros Un rodamiento en buen estado no presenta frecuencias

de falla Existen 4 etapas de daos en los rodamientos Las frecuencias de falla de los rodamientos siempre son

No armnicos de la frecuencia de giro (Ej. 3.1xrpm,

4.9xrpm, etc.) Siempre que aparecen frecuencias de falla en los

espectros es porque existe algn problema en loscomponentes del rodamiento

La Forma de onda tpica de un rodamiento daado escon impactos visibles


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Frecuencias de Engranaje

La frecuencia de engranaje (GMF)es igual a :GMF = No. Dientes x velocidad de giro

La frecuencia de engranaje siempre es un mltiploarmnico de 1xrpm

Se requiere un par de engranes para generar unafrecuencia de engranaje

La frecuencia de engranaje siempre estar presente en

los espectros


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Fallas en Engranes

Desgaste en dientes de los engranes Excesivo backlash en los dientes Dientes rotos quebrados Desalineamiento entre engranes Carga excesiva en los dientes


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Fallas en Engranes

Las bandas lateralesse incrementar con

el dao

Dao en engrane


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Ejercicio Cul es la velocidad de salida de una caja de engranes de reduccin doble con el siguientediseo:Velocidad de entrada o de alta: 1775 RPM; Pin de alta: 31 dientes; Pin de baja: 23dientes; Corona de alta: 70 dientes; Corona de baja: 61 dientesa) 1500 RPMb) 2650 RPMc) 3120 RPMd) 296 RPMe) 15 RPM

Cul es la frecuencia de engranaje de la corona y pin de baja?a. 55,025 RPMb. 3,121 RPMc. 6,107 RPMd. 18,080 RPM

e. 15,496 RPM

Solucin:

31/70= 0.4428*1775=786 rpm

23/61=0.377*786=296 rpm

F.e- 61*296=18056 cpm O 23*786=18078 cpm

31

70

23

61


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Detectando FallasAutomticamente

Mtodo de Generacin de

Alarmas


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NIVEL DE ALARMA=0.1 IN/SEC

VALOR GLOBALPICO RMS

Valor Global Area bajo el espectro (energa)

Mtodo antigo No se puede diagnosticar con certeza

Los daos en rodamientos y engranes no aportan energa alvalor global para seguimiento correcto


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Valor GlobalVibracin Total en el equipo

Puede detectar problemas dedesbalance

ALARM LEVEL = 0.11 IN/SEC

PEAK - RMSOVERALL VALUE


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Valor GlobalVibracin Total en el equipo

ALARM LEVEL = 0.11 IN/SEC

PEAK - RMSOVERALL VALUE

No es sensitivo para fallas en rodamientos(amplitudes generalmente pequeas)


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1X

2X3X- 6X

BEARING BAND 1 BEARING BAND 2

9-30X RPM30-50X RPM

Desbalance

Desalineamiento

Solturas

Rodamientos banda 1 Rodamientos banda 2

Bandas de Frecuencia Se divide el espectro en bandas de frecuencia que

contienen informacin de fallas especficas que sepresentan en dichas bandas.


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Bandas de Frecuencia

1X

2X3X- 6X


9-30X RPM30-50X RPM

Imbalance

Misalignment

Looseness

Bearing Band 1 Bearing Band 2

Se divide el espectro en bandas de frecuenciaque contienen informacin de fallas especficas

que se presentan en dichas bandas.


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1X

2X3X- 6X


9-30X RPM30-50X RPM

Imbalance

Misalignment

Looseness





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1X

2X3X- 6X


9-30X RPM30-50X RPM

Imbalance

Misalignment

Looseness


Se divide el espectro en bandas de frecuenciaque contienen informacin de fallas especficasque se presentan en dichas bandas.


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1X

2X3X- 6X


9-30X RPM30-50X RPM

Imbalance

Misalignment

Looseness





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1X

2X3X- 6X


9-30X RPM30-50X RPM

Imbalance

Misalignment

Looseness




Bandas de Frecuencia con


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Bandas de Frecuencia conTendencia

Desbalance

Alarma

A

mplitud

Subarm.1X 2X Rodam. Rodam. Engranes Rodam.

1xRPM 2xRPM

0.3in/sec

0.1

in/secTiempo(Das) Tiempo(Das)

Rodam.

10-20xRPM

Localizacin de los puntos de


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MOA

POA

POH

POV

PIH

PIV

MIH

MIV

MOH

MOV

3 puntos por apoyo

Localizacin de los puntos demedicin

RESUMEN


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QUE ES LA VIBRACION Y QUE SE PUEDE CONTROLARMIDIENDOLA Que se logra con el control de vibraciones?

Eliminar las averas de los equipos. Eliminar paros no planificados. Reducir costos de reparacin. Anticipar y planificar los inventarios. Incrementar la disponibilidad de la planta

QUE ES LA VIBRACION?QUE ES LA VIBRACION? ES UN MOVIMIENTO DEL EQUIPO.ES UN MOVIMIENTO DEL EQUIPO. SE DEFINE COMO UN CAMBIO TEMPORAL Y PERIODICO DE UNA MASASE DEFINE COMO UN CAMBIO TEMPORAL Y PERIODICO DE UNA MASA,,

FRECUENCIA:FRECUENCIA: Es el nmero de oscilaciones por unidad de tiempo (Segundo o minuto) Sera las veces que el equipo sube o baja por minuto o segundo.

AMPLITUD: Es el desplazamiento mximo del equipo al vibrar. Es la distancia que el equipo se mueve al vibrar. Representa con que intensidad vibra.UNIDADES AMPLITUD: Dependiendo del rango de frecuencias que queramos medir utilizaremos unos u otros. Es como querer medir una hormiga en Km. o un pas en mm. Emplearemos: Para medias frecuencias: mm/seg..VELOCIDAD. (La velocidad a la que sube y baja el equipo es media) Para altas frecuencias: ACELERACIN Gs. ( La velocidad a la que sube y baja el equipo es alta) Para detectar impactos filtrados: ENVELOPING ( La velocidad a que sube y baja el equipo es alta pero solo

detecta aquellos impulsos de alta energa)

QUE NOS INDICA CADA UNIDAD:


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VELOCIDAD: Nos indica problemas como resonancias, desequilibrios,desalineaciones, holguras, etc.

ACELERACIN: Nos indica problemas en rodamientos y engranes.

ENVELOPING: Nos indica los mismos problemas que en aceleracin mucho antesya que caza amplitudes muy bajas. Cuando un valor es malo o bueno. Existe una norma internacionalmente reconocida y aplicada la ISO 2372, que nos

dira si el equipo esta trabajando en velocidad dentro de los rangos correctos, pero loideal es recoger datos de vibracin y ver las tendencias.

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