La forma de onda en el tiempo: La base del análisis de vibraciones
El forma de onda en el tiempo — también llamada señal en el dominio del tiempo — es la señal cruda, sin procesar, que proviene directamente de un transductor de vibración como un acelerómetro o un sonda de proximidad. Es una gráfica que traza la amplitud del vibración instantánea en el eje vertical (Y) contra el tiempo en el eje horizontal (X). En otras palabras, es una imagen directa, momento a momento, del movimiento físico de ida y vuelta de la máquina en la ubicación del sensor durante una breve ventana de tiempo: el registro original del cual se deriva cada otra vista de los datos.
1. Definición: ¿Qué es una forma de onda en el tiempo?
Antes de cualquier procesamiento matemático, el sensor produce un voltaje que varía continuamente y es proporcional al movimiento. Cuando ese voltaje se muestrea y se muestra contra el tiempo, el resultado es la forma de onda en el tiempo. Es la representación más literal de la vibración que existe: nada se ha promediado, filtrado ni transformado. Cada otra herramienta que utiliza un analista: el espectro, los indicadores estadísticos, las gráficas de órbita, se calcula de esta señal, por lo que comprender la forma de onda sustenta todo el análisis de vibración.
Debido a que preserva la verdadera secuencia de eventos, la forma de onda responde a una pregunta que el dominio de la frecuencia no puede: no solo que frecuencias están presentes, sino exactamente cuando y con qué fuerza golpeó cada evento.
2. El papel de la forma de onda en el tiempo en el diagnóstico
Si bien el espectro de frecuencias (FFT) es la herramienta principal para diagnosticar la mayoría de las fallas de maquinaria en estado estacionario, la forma de onda en el tiempo es una compañera indispensable y complementaria. El FFT calcula el contenido de frecuencia promediada durante la duración de la muestra y, al hacerlo, puede difuminar u ocultar eventos de corta duración, transitorios o no periódicos. La forma de onda muestra exactamente lo que sucedió de un instante a otro, lo que la hace superior para analizar:
- Eventos impulsivos: muestra claramente los impactos agudos que a menudo son el primer signo de de rodillos o defectos en engranajes.
- Modulación y batidos: el patrón clásico de subida y bajada de batido se ve con mayor claridad en la forma de onda en el tiempo.
- Eventos transitorios: puede capturar eventos aleatorios y únicos que una FFT simplemente promediaría.
- Recorte de señal: revela inmediatamente si la señal del sensor ha excedido el rango de entrada del analizador, una condición que invalidaría por completo la FFT.
- Frotamientos: la firma aguda y distorsionada de un rozamiento del rotor a menudo es más obvia en la forma de onda.
Por esta razón, un analista experimentado siempre revisa tanto el espectro como la forma de onda en el tiempo juntos; depender de uno solo deja sin contar parte de la historia de la máquina.
3. Cómo analizar una forma de onda en el tiempo
Leer una forma de onda significa examinar su forma y un puñado de características clave. Los ajustes utilizados para capturarla también importan: la longitud de la muestra debe ser lo suficientemente larga para contener varias revoluciones del eje y la tasa de muestreo debe ser lo suficientemente alta para evitar aliasing del contenido de alta frecuencia que producen los impactos.
Amplitud pico
La amplitud máxima, el pico es una medida directa de la mayor fuerza o estrés en un evento. Un pico alto en una señal de baja energía es un fuerte indicador de impacto. Debido a que los impactos son tan breves, los analistas a menudo miran el pico verdadero en lugar de un valor suavizado y pueden citarlo pico a pico para señales de desplazamiento.
Forma general
Una máquina saludable y bien balanceada generalmente produce una forma de onda limpia y sinusoidal en la velocidad de funcionamiento frecuencia. Las distorsiones de esa forma revelan la presencia de otras frecuencias o fuerzas. Una apariencia «aplanada» o «recortada», por ejemplo, es un signo clásico de holgura mecánica, donde el movimiento del componente está siendo restringido físicamente en los extremos del recorrido.
Patrones repetitivos y periodicidad
Al colocar cursores en la gráfica, un analista puede medir el tiempo entre eventos repetitivos:
- El tiempo entre los picos principales da el período de la vibración fundamental, que se invierte directamente en su frecuencia (Frecuencia = 1 / Período).
- Los impactos repetitivos más pequeños que «montan» en la forma de onda principal pueden determinar la tasa de repetición precisa de una falla de rodamiento o engranaje, a menudo antes de que esa falla sea claramente visible en el espectro.
Parámetros estadísticos
Los valores calculados a partir de la forma de onda son indicadores de diagnóstico poderosos y compactos:
- RMS (Raíz media cuadrática): mide el contenido total de energía de la señal y rastrea la severidad general.
- Factor de cresta: la relación entre la amplitud pico y el RMS. Un factor de cresta alto (mucho mayor que 3) indica impactos fuertes contra un nivel de energía de lo contrario modesto.
- Curtosis: una medida de la «puntiagudez» de la señal que es altamente sensible a fallas de rodamiento en etapa temprana, a menudo aumentando antes que el RMS.
4. Captura de la forma de onda en campo
Una forma de onda solo es útil si se captura de manera limpia en la máquina en marcha. Un instrumento portátil de dos canales como el Balanset-1A registra la señal bruta en el dominio del tiempo desde sus acelerómetros junto con el espectro FFT, para que el analista pueda alternar entre las dos vistas de la misma medición en el sitio. Ver la forma de onda en vivo mientras la máquina funciona hace evidente de inmediato si la señal se está recortando, si hay impactos agudos presentes y si la ventana capturada es lo suficientemente larga y estable para confiar en ella; verificaciones que son mucho más difíciles de realizar con un espectro procesado por sí solo.
5. Forma de onda vs. Espectro: Una asociación
La forma de onda en el tiempo y el espectro de frecuencias son dos vistas diferentes de los mismos datos, y funcionan mejor en combinación que en competencia:
- El espectro destaca en separar múltiples frecuencias en estado estacionario, muy cercanas entre sí; por ejemplo, distinguir la velocidad de giro armónicos de un componente de frecuencia de engranaje cercano.
- El forma de onda destaca en revelar la amplitud real de los impactos y la naturaleza de los eventos no estacionarios.
Un ejemplo común hace tangible esta asociación: el espectro podría mostrar solo un piso de ruido ligeramente elevado, mientras que la forma de onda revela que la causa es una serie de impactos repetitivos de baja amplitud provenientes de un fallo incipiente en el rodamiento. Una vista indica que algo ha cambiado; la otra explica qué es. Juntas brindan la imagen completa de la salud de la máquina.
