La respuesta corta: lo que normalmente significa una alta vibración en un molino

La alta vibración en un molino casi siempre es un síntoma de un problema mecánico, operativo o estructural subyacente. – no es un problema independiente. En la mayoría de los casos, la causa raíz se clasifica en una de cuatro categorías: desequilibrio, desalineación, falla del rodamiento o holgura estructural. Identificar con qué categoría estás tratando determina todo acerca de cómo solucionarlo.

Molinos que operan a niveles de vibración superiores 10 mm/s RMS (como punto de referencia de la industria general según ISO 10816) se consideran en una zona de "advertencia" o "peligro" según la clase de máquina. En ese punto, la operación continua corre el riesgo de acelerar el desgaste de los rodamientos, dañar los cimientos y, en casos severos, fallas estructurales catastróficas. Detectar y resolver tempranamente las altas vibraciones no es solo una tarea de mantenimiento: es una prioridad de seguridad y producción.

Causas comunes de alta vibración en un molino

Comprender la causa requiere hacer coincidir la firma de vibración con un mecanismo físico. A continuación se muestran las fuentes más frecuentes:

Desequilibrio del rotor o del medio de molienda

El desequilibrio es la causa más común de vibración en maquinaria giratoria. En un molino, puede deberse a una distribución desigual de los medios de molienda (bolas, varillas o guijarros), revestimientos desgastados o faltantes, o acumulación de material en el rotor o la carcasa. El desequilibrio produce una frecuencia de vibración dominante igual a 1x la velocidad de carrera (1X RPM) , lo que hace que sea relativamente sencillo de identificar con un analizador de espectro.

Por ejemplo, un molino de bolas que funciona a 18 RPM con una carga de bolas desigual puede mostrar un pico claro de 0,3 Hz (18/60) en su espectro de vibración. Incluso una diferencia de masa de unos pocos kilogramos en el radio de la carcasa puede generar fuerzas de vibración mensurables a la velocidad de funcionamiento.

Desalineación del eje o del acoplamiento

La desalineación entre el motor de accionamiento del molino, la caja de engranajes y el eje del piñón del molino es una de las principales causas de vibración axial y radial elevada. La desalineación angular generalmente produce fuertes vibraciones en 2× velocidad de carrera (2X RPM) , mientras que la desalineación paralela tiende a excitar los componentes 1X y 2X. La desalineación puede desarrollarse gradualmente debido al crecimiento térmico, pie cojo o asentamiento de los cimientos.

Una regla general utilizada en muchos programas de mantenimiento de plantas: La desalineación representa hasta el 50% de todas las fallas de los equipos giratorios. . En molinos grandes, incluso un desplazamiento de 0,1 mm en el acoplamiento puede traducirse en una carga significativa en el rodamiento y una vibración elevada.

Defectos y desgaste de los rodamientos

Los rodamientos desgastados, picados o contaminados generan vibraciones de alta frecuencia. Cada defecto del rodamiento (pista interior, pista exterior, elemento rodante o jaula) tiene una frecuencia de defecto característica (BPFI, BPFO, BSF, FTF) que se puede calcular a partir de la geometría del rodamiento y la velocidad del eje. Las fallas en las primeras etapas de los rodamientos a menudo aparecen en el rango de alta frecuencia (por encima de 1 kHz) antes de que ocurra cualquier cambio significativo en la vibración de baja frecuencia.

En los molinos soportados por muñones, la falla de la lubricación en el cojinete del muñón es un modo de falla particularmente grave. El colapso de la película de aceite en estos rodamientos de baja velocidad y alta carga puede causar contacto de metal con metal y un rápido aumento en la amplitud de la vibración.

Problemas de malla de engranajes

En los molinos impulsados por una corona y un piñón, los problemas de engrane de los engranajes son una fuente importante de vibración. Los problemas incluyen dientes de engranaje desgastados, juego incorrecto, montaje de engranaje excéntrico y falla de lubricación. La vibración del engranaje aparece a la frecuencia del engranaje (GMF = número de dientes × RPM del eje) y sus armónicos. Las bandas laterales alrededor del GMF indican modulación por excentricidad o carga dental desigual.

Problemas de holgura estructural o cimientos

Los pernos de anclaje flojos, la lechada de los cimientos agrietada o las placas de base deterioradas permiten que el molino se mueva bajo cargas dinámicas, amplificando significativamente los niveles de vibración. La holgura generalmente genera subarmónicos (0,5X) y múltiples armónicos de la velocidad de funcionamiento en el espectro de vibraciones. La resonancia de los cimientos también puede ocurrir si la frecuencia natural de la estructura de los cimientos coincide con una frecuencia de excitación del molino.

Causas relacionadas con el proceso

No todas las vibraciones del molino provienen de fallas mecánicas. Las condiciones del proceso también importan:

• La sobrecarga del molino con material de alimentación aumenta la carga dinámica sobre los cojinetes y los componentes de accionamiento.
• Los medios de molienda bajos o de tamaño incorrecto reducen el efecto de amortiguación dentro del molino, aumentando la vibración de la carcasa.
• La velocidad incorrecta del molino (por encima de la velocidad crítica) hace que la carga se centrifuge contra la carcasa en lugar de caer en cascada, generando vibraciones anormales y cargas de impacto.
• Las variaciones de densidad de la lechada en los molinos húmedos pueden crear pulsos de carga desiguales.

Cómo diagnosticar la fuente: controles sistemáticos

El diagnóstico eficaz sigue una secuencia estructurada. Saltar directamente al trabajo correctivo sin un análisis adecuado es una pérdida de tiempo y se corre el riesgo de perder la causa real.

Paso 1: recopilar datos de vibración

Utilice un analizador de vibraciones calibrado para medir la velocidad general de vibración (mm/s RMS) y la aceleración (g) en puntos de medición clave: extremo impulsor y extremo no impulsor de cada rodamiento, carcasa de caja de cambios y base. Registre tanto la forma de onda de tiempo como el espectro de frecuencia. Mida siempre en tres direcciones: radial, axial y tangencial.

Paso 2: identificar la frecuencia dominante

Mapee las frecuencias medidas con las frecuencias de falla conocidas para el molino:

Paso 3: realizar controles físicos

Antes y durante una parada planificada, realice las siguientes inspecciones físicas:

• Pernos de anclaje y cimentación: Verifique si hay grietas en la lechada, pernos sueltos o corroídos y espacios entre la placa base y los cimientos.
• Alineación del acoplamiento: Utilice un indicador de cuadrante o una herramienta de alineación láser para medir el desplazamiento angular y paralelo. La mayoría de los acoplamientos de molino requieren una alineación dentro de 0,05 mm TIR.
• Estado del rodamiento: Verifique la cantidad y calidad de la lubricación, la temperatura (la termografía infrarroja ayuda) y escuche si hay ruidos anormales durante la rotación lenta.
• Patrón de contacto de engranajes: Aplique compuesto de marcado para verificar el contacto de los dientes del engranaje. El contacto correcto debe cubrir al menos el 70% del ancho de la cara del diente y el 50% de la altura del diente.
• Estado del revestimiento: Inspeccione si hay revestimientos rotos, faltantes o muy desgastados que causen desequilibrio interno y carga de impacto anormal.
• Nivel y condición del medio de molienda: Verifique que el porcentaje de carga de bolas esté dentro de las especificaciones de diseño (generalmente entre 28 y 35 % del volumen del molino para molinos de bolas).

Paso 4: verificar los parámetros del proceso

Revise los registros de datos operativos: tasa de alimentación, consumo de energía del molino, densidad de descarga y nivel de sonido del molino (si se monitorea). Un aumento repentino en el consumo de energía del molino combinado con una mayor vibración a menudo indica una sobrecarga. Una caída en el consumo de energía con alta vibración puede indicar pérdida de soporte o material.

Soluciones prácticas para altas vibraciones en un molino

Una vez que se confirma la causa raíz, queda clara la acción correctiva adecuada. Las siguientes correcciones abordan los escenarios más comunes:

Corregir el desequilibrio

Para el desequilibrio relacionado con el medio o el revestimiento, la solución es operativa: redistribuya o reemplace el medio de molienda, reemplace los revestimientos faltantes o rotos y limpie la acumulación de material del interior de la carcasa. Para el desequilibrio del eje o del rotor confirmado por el equipo de equilibrio in situ, agregar pesos de corrección en la posición angular y magnitud calculadas para llevar el desequilibrio residual dentro de la tolerancia ISO 1940 para el grado de equilibrio aplicable (normalmente G6.3 o G2.5 para componentes de accionamiento de precisión).

Realineación del tren motriz

Utilice equipos de alineación láser de precisión para corregir la alineación del eje en las interfaces motor-caja de cambios y piñón-caja de cambios. La alineación debe realizarse a la temperatura de funcionamiento. o con compensaciones de crecimiento térmico aplicadas en función de los valores de expansión térmica medidos o calculados. Después de la realineación, vuelva a apretar todos los pernos de acoplamiento según las especificaciones y vuelva a verificar la alineación antes de reiniciar.

También verifique y corrija el pie cojo, una condición en la que uno de los pies de la máquina no se asienta plano sobre la placa base. Incluso 0,05 mm de pata coja pueden hacer que el bastidor de la máquina se deforme bajo el par de apriete de los pernos, lo que provoca desalineación y vibración.

Reemplazo o reacondicionamiento de rodamientos

Cuando se confirmen las frecuencias de defectos de los rodamientos en el espectro de vibración, planifique el reemplazo de los rodamientos en la siguiente ventana de mantenimiento disponible: no posponer una vez que aparecen frecuencias defectuosas con bandas laterales , ya que esto indica un daño progresivo. Antes de instalar rodamientos nuevos, inspeccione el orificio de la carcasa y el muñón del eje en busca de daños, verifique que los ajustes sean correctos según las especificaciones del fabricante del rodamiento y asegúrese de aplicar el lubricante limpio y correctamente especificado.

Para cojinetes de muñón de baja velocidad, verifique el espesor de la película de aceite y el grado de viscosidad del lubricante. Una viscosidad demasiado baja para la temperatura y carga de funcionamiento dará como resultado una lubricación límite y un rápido desgaste de la superficie del rodamiento.

Abordar los problemas de las mallas de engranajes

Para la vibración de la malla de engranajes, las acciones correctivas dependen de la gravedad:

1. Verifique y ajuste el juego al rango especificado por el fabricante (normalmente entre 0,1 y 0,3 % del diámetro del círculo primitivo para conjuntos de piñones y coronas grandes).
2. Verifique y corrija la alineación del eje del piñón con respecto a la corona usando indicadores de cuadrante para medir el descentramiento y la flotación axial.
3. Inspeccione el perfil de los dientes del engranaje en busca de desgaste o picaduras. Si más del 30% del perfil del diente está desgastado, se debe programar el reemplazo del engranaje.
4. Asegúrese de que el sistema de lubricación de engranajes proporcione el grado de lubricante y el caudal correctos. La lubricación inadecuada es la causa principal del desgaste acelerado de los engranajes.

Fijación de cimientos y holgura estructural

Vuelva a aplicar lechada en las áreas de cimientos deterioradas utilizando lechada epoxi, que ofrece mejor amortiguación de vibraciones y resistencia química que la lechada cementosa estándar. Reemplace los pernos de anclaje corroídos o estirados y apriete todos los pernos según las especificaciones utilizando una llave dinamométrica calibrada. Después de la inyección, permita un curado completo de 72 horas antes de reiniciar el molino. para evitar que se agriete la nueva lechada bajo carga.

Ajuste de las condiciones del proceso

Si la alta vibración es impulsada por el proceso, ajuste los parámetros operativos:

• Reduzca la velocidad de alimentación si el molino está sobrecargado (use el consumo de energía como guía; apunte al 85-95 % de la potencia de diseño).
• Llene el medio de molienda hasta el nivel de carga correcto y utilice la distribución de tamaño correcta de bolas o varillas para el material de alimentación que se procesa.
• Verifique que la velocidad del molino esté dentro del rango de diseño, generalmente 70–78% de la velocidad crítica para la mayoría de aplicaciones de molinos de bolas.
• Para molinos húmedos, mantenga la densidad objetivo de la lechada dentro del rango operativo especificado para garantizar un comportamiento de carga consistente.

Estándares de gravedad de las vibraciones: ¿Qué tan grave es?

Para poner los valores medidos en contexto, la norma ISO 10816-3 proporciona pautas generales para la gravedad de la vibración de la maquinaria. Si bien los molinos pueden tener umbrales OEM específicos, lo siguiente proporciona una referencia práctica para máquinas rotativas grandes y de baja velocidad:

Consulte siempre la documentación OEM específica de la fábrica para conocer los puntos de ajuste exactos de alarma y disparo, ya que pueden ser más conservadores que las pautas generales de la industria.

Prevención de vibraciones elevadas: mejores prácticas a largo plazo

El mantenimiento reactivo es costoso. Los molinos que experimentan eventos repetidos de alta vibración generalmente sufren de lagunas en el programa de mantenimiento preventivo. Las siguientes prácticas reducen significativamente el riesgo de vibraciones a largo plazo:

• Implementar un programa de monitoreo de vibraciones de rutina. — medir y determinar la tendencia de la vibración a intervalos definidos (mensualmente para verificaciones de rutina, semanalmente si el molino tiene un problema conocido). Las tendencias a lo largo del tiempo son más informativas que cualquier medición única.
• Verifique y vuelva a verificar la alineación del eje después de cada parada importante o reemplazo de rodamientos, ya que los cambios térmicos y las alteraciones del mantenimiento comúnmente introducen desalineación.
• Mantenga un cronograma detallado de reemplazo de revestimientos basado en los datos de tasa de desgaste en lugar de esperar a que fallen, ya que los revestimientos rotos causan eventos de desequilibrio repentino.
• Utilice análisis de aceite en cajas de cambios y sistemas de lubricación para detectar restos de desgaste y degradación del lubricante de manera temprana, antes de que aumenten los niveles de vibración.
• Inspeccione y apriete los pernos de anclaje de la base en un intervalo definido; anualmente como mínimo para molinos que operan en entornos de alta vibración.
• Capacite a los operadores para que reconozcan e informen sonidos anormales, vibraciones inusuales o cambios en el comportamiento del molino. Los operadores a menudo detectan problemas antes que la instrumentación.