Comprensión de las bandas laterales en el análisis de vibraciones
Bandas laterales son pequeños picos de frecuencia que aparecen en un Espectro FFT a intervalos iguales a cada lado de un pico central más grande conocido como la frecuencia portadora. Su presencia es una señal definitiva de modulación — una condición en la que una señal se está “imprimiendo” sobre otra — y la separación entre las bandas laterales es igual a la frecuencia de la señal moduladora. Como esa separación apunta directamente al elemento rotativo responsable, las bandas laterales están entre los patrones diagnósticos más poderosos y definitivos en análisis de vibración, particularmente para caja de engranajes y de rodillos detección de fallas.
1. Qué son las bandas laterales: Modulación en el espectro
La modulación es un concepto familiar de la radio, y el mecanismo en una caja de engranajes es el mismo. Un tono de alta frecuencia constante (la portadora) tiene su intensidad variada por un evento repetitivo más lento (el modulador); en el espectro, esa variación no difumina el pico de la portadora, sino que divide la energía en picos satélites simétricos. La portadora en sí misma suele ser una vibración forzada generada por el funcionamiento normal, mientras que el modulador es el ritmo de una vez por revolución de un componente defectuoso. Reconocer el patrón es lo que separa un diagnóstico confiable de un simple suposición.
2. Cómo se generan las bandas laterales
Las bandas laterales se crean cuando una señal de vibración primaria, la portadora, tiene su amplitud cambiada con el tiempo por una segunda señal más lenta: el modulador. El ejemplo clásico es un diente de engranaje defectuoso:
- El Frecuencia de engranaje (GMF) es la portadora. Esta es una frecuencia alta generada por el engranamiento normal de los dientes del engranaje.
- Un solo diente agrietado en ese engranaje crea un impacto de una vez por revolución. Cada vez que el diente defectuoso entra en engranamiento, ese impacto modula, es decir, cambia la amplitud de, la señal de FME.
- El velocidad de rotación del engranaje es, por lo tanto, la frecuencia moduladora.
El resultado en el espectro FFT es un pico grande en la FME (la portadora) flanqueado por picos de bandas laterales más pequeños espaciados a la velocidad de rotación del engranaje. Este patrón demuestra no solo que existe una falla, sino que está ubicada en ese engranaje específico. La relación se captura mediante una fórmula simple:
Frecuencia de Banda Lateral = Frecuencia Portadora ± (n × Frecuencia Moduladora), donde n = 1, 2, 3 …
La familia de picos por encima y por debajo de la portadora forma, por lo tanto, un peine uniformemente espaciado, y contar el espaciado en hercios, para luego convertirlo a rpm, le dice al analista exactamente qué eje se está comportando mal.
3. Aplicaciones clave en el diagnóstico de máquinas
Diagnóstico de cajas de engranajes
Esta es la aplicación principal del análisis de bandas laterales:
- Bandas laterales alrededor de la FME: si las bandas laterales espaciadas a la velocidad de funcionamiento de un engranaje aparecen alrededor de su FME, indican una falla en ese engranaje, como un diente agrietado, un diente desgastado o excentricidad.
- Bandas laterales alrededor de los armónicos de la FME: las fallas graves a menudo generarán bandas laterales alrededor de la FME 2× y 3× también, por lo que el patrón de peine se repite alrededor de cada armónico.
- Hunting Tooth Frequency: en conjuntos de engranajes complejos, bandas laterales específicas no enteras en la hunting tooth frequency pueden identificar con precisión una falla que solo ocurre cuando dos dientes particulares en engranajes diferentes entran en contacto.
Diagnóstico de rodamientos de elementos rodantes
Las bandas laterales también son críticas para confirmar fallas de rodamientos, especialmente defectos en la pista interior:
- Un defecto en la pista interior gira con el eje, y a medida que se mueve dentro y fuera de la zona de carga del rodamiento, la amplitud de los impactos que genera sube y baja.
- Esto produce una modulación de amplitud de la frecuencia de falla de la pista interior, BPFI.
- El espectro resultante muestra un pico en BPFI con bandas laterales espaciadas a 1× la velocidad de rotación del eje. Ver este patrón es un indicador de muy alta confianza de un defecto en la pista interior, y es una de las razones por las que análisis de envolvente es tan efectivo para demodular estas señales.
Diagnóstico de motores eléctricos
Los problemas con las barras del rotor en un motor de inducción de CA pueden hacer que aparezcan bandas laterales alrededor del pico de 1× la velocidad de operación. Estas bandas laterales están espaciadas a la frecuencia de paso de polos — la frecuencia de deslizamiento del motor multiplicado por el número de polos del motor, y son una firma clásica de barras del rotor rotas.
4. Consideraciones de análisis
Para utilizar el análisis de bandas laterales de manera efectiva, los datos de alta calidad son esenciales:
- Alta resolución: se requiere una FFT de alta resolución (por ejemplo, 3200 o 6400 líneas) para ver los picos de las bandas laterales con claridad y medir su espaciado con precisión. Con baja resolución, las bandas laterales se “difuminan” junto con el pico de la portadora. La relación entre el número de líneas, el rango y la resolución se puede verificar con un calculadora de resolución FFT.
- Tendencia: el número y la amplitud de las bandas laterales son un buen indicador de la severidad de la falla. A medida que una falla empeora, aparecen más bandas laterales y su amplitud crece, por lo que registrarlas con el tiempo a través de análisis de tendencias rastrea el deterioro.
- FFT de zoom: el Zoom FFT función en un analizador permite al analista ampliar un rango de frecuencia estrecho a una resolución muy alta para confirmar la presencia y el espaciado de las bandas laterales.
5. Leyendo el espaciado: Del patrón al diagnóstico
El poder diagnóstico de una familia de bandas laterales reside en su aritmética. Como el espaciado es igual a la frecuencia moduladora, un analista puede trabajar hacia atrás desde el peine hasta el culpable: un espaciado a 1× la velocidad del eje incrimina a ese eje; un espaciado a la frecuencia de paso de polo relacionada con el deslizamiento incrimina la condición eléctrica del motor; un espaciado no entero incrimina un emparejamiento específico de dientes. Medir la frecuencia de engranamiento y su estructura esperada de bandas laterales con anticipación, por ejemplo, con un calculadora de frecuencia de engranaje permite al analista predecir exactamente dónde buscar antes de abrir el espectro.
En el campo, estos patrones se capturan con un analizador de espectro portátil que se lleva de máquina en máquina. Un instrumento como el Balanset-1A mide el espectro de vibración en una máquina en funcionamiento con una resolución lo suficientemente alta como para resolver el peine de bandas laterales alrededor de una frecuencia de falla de engranamiento o rodamiento, para que un ingeniero pueda confirmar el diagnóstico en el sitio; y cuando el mismo relevamiento revela que el problema dominante es un simple desbalance en lugar de un defecto en un diente o pista, el instrumento pasa directamente a balanceo en campo para corregirlo.
Cuando un analista encuentra un patrón de bandas laterales claro y simétrico en el espaciado esperado, la confianza del diagnóstico aumenta de “posible” a “altamente probable” — razón por la cual las bandas laterales se consideran una de las huellas dactilares más confiables en el campo.
