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Sustracción de Run-Out

Publicado el 1 jun 2007

Un problema recurrente al monitorear máquinas rotatorias mediante sensores de desplazamiento sin contacto, como por ejemplo turbogeneradores y turbocompresores, es el Run-Out.

El Run-Out es un conjunto de señales parásitas de tipo eléctrico y/o mecánico que distorsionan las vibraciones adquiridas de la máquina, haciendo imposible el correcto diagnóstico de la condición mecánica de ésta. Por lo tanto, para realizar un diagnóstico confiable en este tipo de máquinas, es imprescindible la eliminación del Run-Out.

1.     Sustracción de Run Out

 

Una de las formas de sustraer el Run-Out mecánico, es mejorando la calidad superficial del eje de la máquina, cuando ésta se encuentre disponible para tal efecto.

Otra forma de sustraerlo y que implica menores costos, es por medio de técnicas electrónicas a través de software. Esta última forma de sustracción del Run-Out es la que se utiliza, debido a que la superficie del eje siempre quedará con imperfecciones.

Dentro de las técnicas electrónicas utilizadas actualmente, se encuentra la sustracción vectorial de espectros, es decir, en amplitud y fase. Esta técnica no entrega resultados muy confiables debido a que la fase es fácil de distorsionar y además sólo se realiza la sustracción para las componentes múltiplos de la velocidad de rotación 1X, 2X, 3X, etc. y no al espectro en su totalidad.

2.     Nueva Técnica de Sustracción del Run Out

 

Otra manera de sustraer el Run-Out, es mediante el pre-procesamiento digital de señales vibratorias (PPDS). Este método, resultado de nuestra investigación, tiene la ventaja que entrega una señal vibratoria depurada, a la cual se le puede aplicar posteriormente cualquier técnica de análisis de vibraciones, permitiendo una evaluación completa de la condición mecánica de la máquina y por ende un diagnóstico confiable. Por ejemplo, la Figura 1 muestra las formas de onda en un descanso de un turbogenerador obtenidas a velocidad de régimen (3000 RPM). En ésta se puede apreciar una raya en el eje, la que es confirmada en las formas de onda del Run-Out de la Figura 2 y de la Figura 3, obtenidas a giro lento (27 RPM).

Figura 1.- Formas de onda en descanso de un Turbogenerador.

Figura 2.- Forma de onda del Run-Out en una revolución.

Figura 3.- Forma de onda del Run-Out en una revolución.

La Figura 4 muestra la misma forma de onda de la Figura 2, pero después de haber realizado la sustracción del Run-Out mediante PPDS. En ésta se aprecia la desaparición de la raya mostrada en la Figura 1, dejando la señal vibratoria disponible para la aplicación de cualquier técnica de análisis de vibraciones y/o la evaluación de la condición de la máquina por medio de normas adecuadas.

Figura 4.- Formas de onda en descanso de un Turbogenerador sin Run-Out.

La aplicación de la FFT a la forma de onda de la Figura 4, evidencia una máquina en buenas condiciones, como se muestra en el espectro de la Figura 6, al presentar una componente a 1X y una pequeña componente a 2X de la frecuencia de rotación de la máquina, debido al desbalanceamiento residual. El espectro de la Figura 5 en cambio, presenta una gran cantidad de armónicos atribuibles al Run-Out y que puede inducir erróneamente a diagnosticar un problema que no existe.

Figura 5.- Espectro con Run-Out.

Figura 6.- Espectro sin Run-Out.

Otra técnica que se podría aplicar a la forma de onda de la figura 5 (sin Run-Out), es componer la órbita de los descansos. La Figura 7 a diferencia de la Figura 8, muestra una órbita con características elípticas, propia de los descansos hidrodinámicos, evidenciada gracias a la sustracción del Run-Out.

Figura 7.- Órbita con Run-Out.

Figura 8.- Órbita sin Run-Out.

Como se vio anteriormente, la sustracción del Run-Out es el punto clave en el monitoreo de máquinas rotatorias por medio de sensores de desplazamiento sin contacto. Queda claro, además, que la sustracción del Run-Out más adecuada es la PPDS, dado que es la única que permite aplicar todas las técnicas de análisis de vibraciones existentes para hacer un diagnóstico confiable del estado de la máquina.