1. ¿Qué es importante saber sobre el procesamiento de señales de vibración?
(Ruta de señal desde el sensor de vibración hasta la visualización)
2. ¿Cuáles son las reglas básicas para evaluar la vibración de máquinas?
La señal de un sensor de vibración está en forma analógica. Para trabajar con ella en analizadores, la señal debe ser convertida a forma digital. Esta conversión se realiza mediante un convertidor A/D.
Si la señal continua original contiene frecuencias superiores a la mitad de la frecuencia de muestreo, la señal se distorsionará por el fenómeno conocido como aliasing.
Ahora tenemos una señal digital en el analizador de vibraciones y podemos trabajar con ella. Por ejemplo, podemos mostrarla en su forma en el dominio del tiempo: la forma de onda temporal. Sin embargo, una representación más informativa es el dominio de frecuencia. Como se mostró en el video anterior, el espectro revela las frecuencias que componen la señal de vibración. Para calcular el espectro, utilizamos la Transformada Rápida de Fourier (FFT).
La FFT tiene una limitación: todos los componentes de la señal deben ser periódicos.
Observamos que cuando la señal no es periódica, la energía "escapa" o "fuga" en varias líneas espectrales cercanas a la frecuencia real, causando que el espectro se extienda sobre varias líneas; este fenómeno se llama fuga. Para mitigar esto, se utiliza un truco: la señal se une artificialmente utilizando ventanas, haciéndola periódica.
El análisis de vibraciones se puede dividir en dos categorías: análisis de fallos mecánicos de máquinas y análisis de rodamientos.
Los fallos mecánicos básicos de máquinas incluyen desbalanceo, desalineación y holgura mecánica. Podemos detectar estos fallos a bajas frecuencias (10 - 1000 Hz). Las mediciones de vibración se miden en velocidad (mm/s). Si los valores de velocidad son altos, el examen del espectro puede ser útil.
Si el espectro muestra una única línea alta en la frecuencia de velocidad, el fallo es desbalanceo. Por ejemplo, si hay solo una línea alta a 25 Hz, calcular 25 x 60 da 1500 RPM. Si la velocidad es efectivamente 1500 RPM, el fallo es desbalanceo.
El desbalanceo puede ser mecánico, requiriendo balanceo, o eléctrico (en el caso de motores). Para diferenciarlos, observa el valor de velocidad cuando el motor está apagado. Si el valor de velocidad disminuye a medida que la velocidad disminuye, el fallo es desbalanceo mecánico. Una caída rápida a casi cero (corte de energía) indica un fallo eléctrico.
Si la línea de velocidad y sus múltiplos (armónicos) están presentes en el espectro, el fallo es holgura o desalineación.
Valores de velocidad axial significativamente más bajos que los valores radiales (por ejemplo, menos del 30% del valor radial) sugieren holgura. En este caso, se deben tomar lecturas en todos los pies de la máquina. Esto se puede hacer sin almohadillas porque las mediciones de velocidad a bajas frecuencias son menos sensibles que las mediciones de aceleración a altas frecuencias. Localiza el pie con el valor más alto; probablemente indica la falla por holgura. Esto suele deberse a un perno de anclaje roto.
Si el valor de velocidad axial es similar o mayor que el valor radial, el fallo es desalineación, que requiere alineación.
Un tipo único de fallo es la resonancia, que se imita como un desbalanceo con una única línea de velocidad en el espectro. El balanceo tendrá un efecto mínimo, ya que el verdadero problema es la frecuencia natural de la base de la máquina cerca de la frecuencia de velocidad. Para identificar esto, mide la velocidad en la base. Si los valores son bajos en los extremos y altos en el medio, la resonancia es el problema. Generalmente se requiere un refuerzo de la base; esto cambiará la frecuencia natural.
El otro aspecto del análisis de vibraciones es el análisis de rodamientos. Los fallos en los rodamientos ocurren en el rango de alta frecuencia (500 Hz a 16 kHz) y se representan por las vibraciones del rodamiento: un tono - causado por impactos de bolas. Se utiliza la aceleración (g) para medir la vibración. Un aumento en las vibraciones en el espectro de alta frecuencia indica un empeoramiento de la condición del rodamiento. El análisis de rodamientos se centra en las frecuencias de fallo que son específicas de los rodamientos.
¿Qué es una frecuencia de fallo de rodamiento? Imagina un desgaste en la pista exterior. Cada bola que golpea el desgaste causa un choque de vibración (el tono). Si hay una grieta en la pista exterior, calculamos el intervalo de tiempo (T) entre choques basado en la frecuencia de velocidad y el número de bolas. Este intervalo de tiempo define la frecuencia repetitiva de los choques: la frecuencia de fallo. En este ejemplo, es la frecuencia de fallo de la pista exterior.
Pero las frecuencias de fallo de rodamientos no aparecen en el espectro del rodamiento; solo es evidente la frecuencia de vibración del impacto de la bola (tono del rodamiento). Tal impacto de bola se puede ver en el dominio del tiempo:
Para identificar frecuencias de fallo, se utiliza la demodulación de señales.
00:00 - 03:51 Señal analógica de vibración a señal digital
03:51 - 06:26 Dominio de frecuencia (espectro) y FFT (Transformada Rápida de Fourier)
06:26 - 06:57 Fallos mecánicos de máquinas
06:57 - 07:43 Desbalanceo
07:43 - 08:25 Holgura
08:25 - 08:34 Desalineación
08:34 - 09:05 Resonancia
09:05 - 10:57 Análisis de rodamientos