Vibración torsional es una oscilación de torsión alrededor del propio eje de un árbol giratorio, un fenómeno que provoca fatiga y que el monitorizado radial estándar no puede ver. La vibración lateral dobla un eje de un lado a otro y aparece en un acelerómetro montado en la carcasa. La vibración torsional, en cambio, enrolla y desenrolla el eje como un muelle sobre el par de funcionamiento continuo, con poco desplazamiento radial en la bancada de los rodamientos, por lo que el monitorizado convencional puede no detectarla hasta que falla un acoplamiento o el propio eje.
La vibración torsional es una variación dinámica sobre el par constante que transporta un eje, impulsada por el giro angular y el des-giro entre el motor y la carga. Debido a que la excitación actúa a lo largo del eje de rotación en lugar de a través de él, la energía rara vez se acopla a la carcasa donde están los acelerómetros. Un tren de transmisión puede estar en resonancia torsional y fatigando un eje mientras la máquina marca valores normales en una ruta de vibración estándar. Esta es la trampa central de fiabilidad: los problemas torsionales están ocultos a la instrumentación que la mayoría de los sitios ya tienen. Solo afloran a través de las consecuencias: chavetas arrancadas, acoplamientos agrietados, fallos en dientes de engranaje o fracturas por fatiga en una ranura de chaveta o un hombro del eje.
La excitación torsional proviene de cualquier cosa que haga que el par no sea uniforme en el tiempo:
Los trenes con engranajes merecen atención porque el propio engranado es una función excitadora; véase también el análisis de frecuencia de engranado junto con la evaluación torsional.
Un tren de transmisión, modelado como inercias rotantes conectadas por muelles torsionales, tiene sus propias frecuencias naturales torsionales, separadas de las velocidades críticas laterales tratadas por el análisis rotodinámico estándar. Estas provienen de un modelo masa-elástico torsional del tren completo, desde el rotor del motor a través de la caja de cambios hasta el equipo accionado, no de un solo eje en aislamiento. La condición peligrosa es la coincidencia: una frecuencia natural torsional situada cerca de una frecuencia de excitación dentro del rango operativo, o que se cruce repetidamente durante el arranque y la parada. Los trenes reciprocantes y los accionados por VFD están especialmente expuestos porque generan armónicos de orden bajo fuertes justo donde tienden a situarse los primeros modos torsionales. Esto está relacionado con, pero es distinto de, el análisis lateral de velocidad crítica realizado en rotores flexibles.
La vibración torsional daña mediante fatiga de alto ciclo: ciclos repetidos de torsión y destorsión producen esfuerzo cortante alternante en ranuras de chaveta, hombros, estrías y cubos de acoplamiento. Las firmas típicas incluyen:
Puesto que la causa raíz es invisible para los sensores radiales, estos fallos a menudo se diagnostican erróneamente como defectos de material o sobrecarga, y la pieza se reemplaza sin identificar la resonancia, por lo que el fallo se repite.
Confirmar la vibración torsional requiere técnicas de medida distintas del monitorizado radial estándar o del monitorizado de rodamientos.
| Método | Qué mide | Caso de uso típico |
|---|---|---|
| Láser torsional | Velocidad angular/ torsión del eje tomada desde dianas o cinta reflectante, sin contacto | Inspecciones de campo y puesta en marcha |
| Telemetría con galgas extensométricas | Deformación dinámica por corte en el eje, vía anillo colector o telemetría por radio | Diagnóstico de alta precisión en trenes reciprocantes y con engranajes |
| Análisis de firma de corriente del motor | Bandas laterales de corriente relacionadas con el par alrededor de la frecuencia de la red | Cribado en trenes accionados por motor sin acceso al eje |
| Codificador/sincronismo de dientes de engranaje | Variación instantánea de la velocidad a partir de un codificador o pulsos de dientes de engranaje | Monitorización continua en línea donde exista un sensor |
El análisis de la firma de corriente del motor suele ser el punto de entrada práctico ya que utiliza instrumentación que ya está presente en motores accionados por variador de frecuencia (VFD) o conectados directamente a la red, aunque es menos preciso que una medida directa. Se solapa con la detección de barras rotas del rotor, dado que ambos se basan en espectros de corriente. Un análisis torsional completo debe ser encargado a un especialista para cualquier tren reciprocante nuevo o tren con grandes engranajes accionado por VFD, o para un conjunto de transmisión con fallos repetidos y sin causa obvia.
Los fallos torsionales rara vez son aleatorios; se concentran en rangos de velocidad específicos, condiciones de carga o secuencias de arranque una vez que se entiende la resonancia. Registrar el historial de fallos frente a las condiciones de operación, en lugar de tratar cada fallo como un evento aislado, es lo que pone de manifiesto el patrón. Rastrear fallos repetidos por activo y condición en un CMMS como Fabrico hace posible detectar un acoplamiento que sigue fallando a la misma velocidad o rampa de arranque, la señal de que una investigación torsional está atrasada. Reserve una demostración de Fabrico para ver cómo se puede estructurar la información de fallos y condición para sacar a la luz este patrón.
No de manera fiable. Los acelerómetros montados en la carcasa detectan el movimiento lateral del eje y defectos de rodamientos. La vibración torsional actúa a lo largo del eje de rotación y típicamente no se acopla a las lecturas radiales, por lo que se necesita un método separado.
No. Los compresores y bombas de pistón son fuentes clásicas, pero los trenes accionados por VFD, los sistemas con engranajes, los arranques de motores síncronos y las cargas por impacto como trituradoras o molinos pueden excitar resonancias torsionales en equipos rotatorios.
Una velocidad crítica es una resonancia lateral, o por flexión, del rotor. Una frecuencia natural torsional es una resonancia separada del mismo tren de transmisión en torsión. Una máquina puede estar libre de sus velocidades críticas y aun así estar cerca de una resonancia torsional.
Las fallas por fatiga torsional pueden ocurrir con poca o ninguna advertencia, por lo que las fallas repetidas en acoplamientos, chavetas o ejes sin una causa obvia deben ser una prioridad para una medida dedicada en lugar de reemplazar las piezas repetidamente.
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