Comprensión de los filtros de seguimiento
A filtro de seguimiento — también llamado filtro de seguimiento de órdenes o filtro síncrono — es un filtro estrecho filtro paso banda utilizado en análisis de vibración instrumentos que desplazan automáticamente su frecuencia central para seguir un múltiplo elegido, u orden, de la velocidad de rotación de la máquina. Un «filtro de seguimiento 1×», por ejemplo, se bloquea continuamente en la frecuencia de velocidad de funcionamiento, rechazando todo lo demás y dejando pasar solo el componente fundamental 1×; un filtro 2× o 3× sigue el doble o el triple de la velocidad de funcionamiento de la misma manera. Como el filtro se monta sobre la velocidad en lugar de permanecer en una frecuencia fija, puede medir la amplitud y fase de un componente síncrono incluso mientras la máquina acelera o realiza un paro por inercia. Esto hace que los filtros de seguimiento sean esenciales para equipos de velocidad variable, para arranques y paro por inercia transitorios, y para aislar componentes individuales de órdenes dentro de análisis de órdenes.
1. Cómo funciona un filtro de seguimiento
El principio básico
- Referencia de velocidad: a tacómetro o keyphasor proporciona un pulso por revolución.
- Cálculo de frecuencia: el instrumento deriva la frecuencia de rotación instantánea a partir del tiempo de esos pulsos.
- Multiplicación de orden: multiplica esa frecuencia por el número de orden elegido: 1, 2, 3, y así sucesivamente.
- Centrado del filtro: un filtro paso banda estrecho se centra en la frecuencia resultante.
- Ajuste continuo: a medida que cambia la velocidad, la frecuencia central del filtro la sigue sin interrupción.
- Salida: una señal filtrada limpia que contiene solo la orden seleccionada.
El truco definitorio es que el filtro está esclavizado al tacómetro, por lo que siempre sabe dónde se encuentra actualmente la orden de interés en el eje de frecuencias, algo que un filtro fijo nunca puede hacer en una máquina cuya velocidad varía.
Características del filtro
- Ancho de banda: típicamente ±2–10 % de la frecuencia central.
- Estrechez: rechaza eficazmente las frecuencias vecinas.
- Velocidad de seguimiento: capaz de seguir velocidades que cambian rápidamente.
- Múltiples filtros: los instrumentos modernos pueden seguir varias órdenes a la vez.
2. Aplicaciones
1. Análisis de arranque y paro por inercia
Esta es la aplicación principal. A medida que la máquina arranca o realiza un paro por inercia a través de su rango de velocidades, un filtro de seguimiento sigue el componente 1× continuamente:
- Seguimiento de la amplitud y fase 1× frente a la velocidad durante el transitorio: los mismos datos capturados durante un arranque.
- Generar Gráficas de Bode de amplitud y fase frente a la velocidad.
- Identificar velocidades críticas a partir de los picos de amplitud.
- Estimar amortiguamiento a partir del ancho de cada pico de resonancia.
- Seguimiento de 2× y 3× simultáneamente para revelar múltiples modos.
2. Equipos de velocidad variable
- Mantener mediciones basadas en órdenes a pesar de una velocidad en constante movimiento.
- Motores impulsados por VFD cuya velocidad cambia con el proceso.
- Turbinas eólicas que responden a ráfagas de viento.
- Equipos de proceso cuya velocidad deriva con la carga.
- Tendencia constante independientemente de la fluctuación de velocidad, porque todo se referencia a órdenes en lugar de frecuencias fijas.
3. Balanceo
- Seguimiento del componente 1× durante todo el balanceo procedimiento.
- Filtrar el contenido no 1× para obtener una lectura más limpia.
- Tomar la medición de fase solo en la frecuencia 1×.
- Mejorar la precisión rechazando fuentes de vibración no relacionadas.
4. Análisis específico de órdenes
- Aislar una orden particular para un estudio detallado.
- Seguimiento de 2× para monitorear la progresión de desalineación.
- Seguir la paso de álabes orden en ventiladores y bombas.
- Separar componentes de frecuencia que de otro modo se superpondrían.
3. Ventajas de los filtros de seguimiento
Independencia de la velocidad
- Las mediciones mantienen su significado sin importar cómo varíe la velocidad.
- Los datos de diferentes velocidades pueden compararse sobre la misma base de órdenes.
- Esencial para cualquier máquina que no mantenga una velocidad constante.
Aislamiento de componentes
- Separa una orden de todas las demás frecuencias presentes.
- Proporciona señales más limpias que un espectro completo FFT.
- Mejora la relación señal-ruido para la orden de interés.
- Permite una medición precisa de la amplitud y la fase de esa orden. Este enfoque sincrónico está conceptualmente relacionado con promediado sincrónico, que también utiliza el tacómetro para extraer los componentes bloqueados a la velocidad del ruido.
Análisis transitorio
- Sigue los componentes directamente a través de los cambios de velocidad.
- Proporciona mediciones continuas durante la aceleración y la desaceleración.
- No requiere una condición de estado estacionario.
- Revela comportamientos dependientes de la velocidad que una medición estática pasaría por alto.
4. Limitaciones y consideraciones
Requiere un tacómetro
- Una referencia de velocidad precisa es obligatoria.
- La calidad de la señal del tacómetro limita directamente el rendimiento del filtro.
- No se puede utilizar en equipos sin referencia de velocidad.
- El pulso por revolución debe ser confiable, o el seguimiento se desvía.
Solo sigue componentes sincrónicos
- Los fallos no sincrónicos no se capturan, incluidos la mayoría de defectos de rodamiento, que producen vibración asíncrona.
- Las frecuencias de la línea eléctrica no se siguen.
- La vibración aleatoria y de banda ancha se filtra.
- Se necesita un análisis complementario para un diagnóstico completo.
Compromisos del ancho de banda del filtro
- Filtro estrecho: mejor rechazo de frecuencias adyacentes, pero respuesta más lenta a los cambios de velocidad.
- Filtro ancho: seguimiento más rápido, pero puede admitir componentes cercanos.
- Óptimo: un ancho de banda del 5–10 % se adapta a la mayoría de las aplicaciones, equilibrando la selectividad con la velocidad de seguimiento.
5. Filtro de seguimiento frente a FFT
Un filtro de seguimiento y una FFT son herramientas complementarias y no competidoras. La FFT muestra todo el espectro a una velocidad fija; el filtro de seguimiento sigue una orden a través de cambios de velocidad. La tabla resume dónde destaca cada una.
| Característica | Análisis FFT | Filtro de seguimiento |
|---|---|---|
| Requisito de velocidad | Funciona a cualquier velocidad | Requiere un tacómetro |
| Variación de velocidad | Requiere velocidad constante | Maneja velocidad variable |
| Información | Espectro completo, todas las frecuencias | Solo un orden |
| Fallos no sincrónicos | Detecta todas las fallas | No detecta las no síncronas |
| Análisis transitorio | Difícil | Excelente |
| Ideal para | Diagnóstico general, estado estacionario | Análisis de velocidad crítica, velocidad variable |
6. Implementaciones modernas
Filtros de seguimiento digitales
- Implementados en software dentro de analizadores modernos.
- Siguen múltiples órdenes a la vez: 1×, 2×, 3× de forma concurrente.
- Ofrecen ancho de banda ajustable.
- Muestra en tiempo real durante los transitorios.
Integración con el análisis de órdenes
- Los filtros de seguimiento constituyen la base del análisis integral de órdenes.
- Se extrae el espectro completo de órdenes, todas juntas.
- Los resultados aparecen como mapas de color de orden contra velocidad, estrechamente relacionados con las cascada y (waterfall) representaciones.
- Las velocidades críticas pueden detectarse automáticamente a partir de los datos de seguimiento de órdenes.
7. Filtros de seguimiento en el balanceo en campo
En un instrumento portátil, el filtro de seguimiento es lo que mantiene una medición de balanceo confiable cuando la velocidad no se mantiene perfectamente estable. Al dejar pasar solo la orden 1× y rechazar todo lo demás, proporciona al software un vector limpio de amplitud y fase para trabajar. El Balanset-1A Balanset utiliza exactamente este enfoque: su pulso del tacómetro define la velocidad de giro, el componente síncrono 1× se extrae en los propios rodamientos de la máquina a velocidad de operación, y el vector resultante impulsa los cálculos de peso de prueba y corrección, y luego confirma la vibración residual después de la corrección. El filtro de seguimiento es el mecanismo silencioso que hace que esos números sean repetibles en maquinaria real, ligeramente inestable.
Los filtros de seguimiento son herramientas especializadas pero poderosas, especialmente para la dinámica de rotores y equipos de velocidad variable. Al mantener su enfoque en una orden elegida mientras la velocidad cambia, permiten el análisis transitorio y el monitoreo independiente de la velocidad que las técnicas ordinarias de FFT no pueden igualar, lo cual es precisamente por qué siguen siendo centrales para la identificación de velocidades críticas y el diagnóstico avanzado de maquinaria.
