La mayoría de las máquinas incorporan componentes giratorios.
Por máquinas rotativas se entienden aquellas máquinas cuya función principal se cumple mediante el movimiento de rotación, en particular aquellas máquinas en las que los componentes principales giran a altas velocidades.
Los tipos de maquinaria rotativa son diversos e incluyen turbinas de vapor, turbinas de gas, compresores centrífugos, generadores, bombas, turbinas hidráulicas, ventiladores y motores eléctricos.
Los principales componentes de estas máquinas son los rotores, los sistemas de rodamientos, los estatores y las carcasas de las unidades, así como los acoplamientos.
La velocidad de rotación de estas máquinas puede oscilar entre unas pocas docenas y varios cientos de miles de revoluciones por minuto. A continuación se describen algunos ejemplos de máquinas rotativas típicas.
Una turbina de vapor es una máquina eléctrica rotativa que convierte la energía del vapor en trabajo mecánico, también conocida como rotor de vapor.
Se utiliza principalmente como motor principal para la generación de energía, pero también puede accionar directamente diversas bombas, ventiladores, compresores y hélices de barcos.
Además, los gases de escape o la extracción intermedia de una turbina de vapor pueden utilizarse para satisfacer las necesidades de calefacción tanto en entornos industriales como domésticos.
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 pertenece a 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.
Un generador eléctrico es un dispositivo mecánico que convierte diversas formas de energía en energía eléctrica.
Surgido durante la Segunda Revolución Industrial, fue desarrollado por primera vez por el ingeniero alemán Siemens en 1866.
Accionados 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.
El generador transforma esta energía mecánica en energía eléctrica. Los generadores tienen múltiples aplicaciones en la producción industrial y agrícola, la defensa, la tecnología y la vida cotidiana.
Una bomba de agua es un dispositivo mecánico diseñado para transportar o presurizar líquidos.
Transfiere la energía mecánica del motor principal u otras fuentes de energía externas al líquido, potenciando su energía.
Se utiliza principalmente para transportar diversos líquidos, como agua, aceite, soluciones ácido-base, emulsiones, suspensiones y metales líquidos.
La bomba también puede manipular mezclas de líquidos y gases, así como líquidos que contengan sólidos en suspensión.
Un ventilador es un dispositivo mecánico que se basa en el aporte de energía mecánica para aumentar la presión del gas y expulsarlo.
Es un tipo de maquinaria accionada por fluidos, con una presión de escape inferior a 1,5×105Pa. 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 la ventilación y el tiro de aire en calderas y hornos industrialespara la refrigeración y ventilación en aparatos de aire acondicionado y electrodomésticos, para el secado y selección de cereales, así como para el flujo de aire en túneles de viento y el inflado y propulsión de aerodeslizadores.
El motor eléctrico es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Su diseño se basa en el fenómeno de una bobina electrificada que gira bajo la fuerza dentro de un campo magnético.
Según 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 consta principalmente de un estator y un rotor.
La dirección de la fuerza ejercida sobre el hilo electrizado en el campo magnético está relacionada con la dirección de la corriente y las líneas de 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.
La función principal de las máquinas rotativas la llevan a cabo sus componentes giratorios, siendo el rotor el más crucial.
El principal indicador de una avería en las máquinas rotativas son las vibraciones y ruidos anormales. Las señales de vibración, reflejadas en el dominio de la amplitud, la frecuencia y el tiempo, iluminan la información de avería de la máquina.
Así pues, comprender los mecanismos de vibración de las máquinas rotativas en condiciones de mal funcionamiento es fundamental para supervisar el estado operativo y mejorar la precisión del diagnóstico de averías.
Las vibraciones en las máquinas rotativas pueden clasificarse en tres tipos en función de la naturaleza de la vibración. vibración mecánica.
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 exterior para compensar la energía consumida por la amortiguación, manteniendo una amplitud de vibración constante dentro del sistema.
Esta vibración, a su vez, no repercute en la fuerza perturbadora. Las principales causas de la vibración forzada incluyen el desequilibrio de la masa del rotor, acoplamientos desalineados, fricción estática en el rotor, piezas mecánicas sueltas y daños en los componentes o rodamientos del rotor.
La frecuencia característica de la vibración forzada siempre es igual a la frecuencia de la fuerza perturbadora.
Por ejemplo, la vibración forzada causada por el desequilibrio de la masa del rotor tiene una frecuencia de vibración que es siempre igual a la frecuencia de la velocidad de rotación.
Por vibración autoexcitada se entiende la vibración causada por las fuerzas alternas generadas por el movimiento interno de la máquina durante su funcionamiento. Una vez que cesa la vibración, la fuerza alternante desaparece de forma natural.
La frecuencia de vibración autoexcitada es la frecuencia natural (o crítica) de la máquina, independientemente de la frecuencia de excitación externa.
El torbellino de aceite y la oscilación de la película de aceite son tipos comunes de vibración autoexcitada en maquinaria rotativa, causada 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 más repentinamente, con intensidades de vibración más severas, causando graves daños a la máquina en un corto período de tiempo.
Las vibraciones forzadas no estacionarias son un tipo de vibración forzada causada por perturbaciones exteriores.
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 parte determinada del eje del rotor, equivale a la adición de una masa desequilibrada al rotor, lo que provoca cambios en la amplitud y la fase de la vibración.
A la inversa, estos cambios de amplitud y fase afectan a la magnitud y localización de la deformación térmica desigual, provocando así que la vibración forzada varíe continuamente.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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