El diagrama de cascada en el análisis de vibraciones

Definición: ¿Qué es un gráfico de cascada?

A gráfico de cascada, también conocido como diagrama en cascadaEs un gráfico tridimensional que permite visualizar cómo cambia un espectro de vibración con el tiempo o con otra variable, generalmente la velocidad de la máquina. El gráfico consiste en una serie de espectros FFT individuales apilados uno tras otro, creando una superficie tridimensional que se asemeja a una cascada. Esta presentación facilita la visualización de cómo cambian las amplitudes de los diferentes componentes de vibración a medida que varían las condiciones de funcionamiento de la máquina.

Los tres ejes de un gráfico de cascada típico son:

• Eje X: Frecuencia
• Eje Y: Amplitud
• Eje Z: Tiempo o, más comúnmente, RPM (velocidad de la máquina)

La aplicación principal: Pruebas de arranque y deceleración

La aplicación más importante de un diagrama de cascada es el análisis de los datos de vibración recopilados durante el arranque (aceleración) o la parada (desaceleración por inercia) de una máquina. Durante estos eventos transitorios, la velocidad de la máquina recorre todo su rango de funcionamiento. El diagrama de cascada proporciona un mapa completo y detallado de la respuesta dinámica de la máquina en todo este rango de velocidad.

Este análisis es crucial para:

• Identificación Velocidades críticas y resonancias: Una resonancia se identifica como una cresta en el gráfico de cascada que se produce a una *frecuencia* fija, independientemente de la velocidad de la máquina. A medida que las distintas órdenes de velocidad (1x, 2x, etc.) recorren esta frecuencia fija, su amplitud aumenta drásticamente, creando un pico claro en el gráfico.
• Separación de la vibración forzada de la resonancia: El gráfico distingue claramente entre picos dependientes de la velocidad (vibraciones forzadas como el desequilibrio, que siguen las líneas de orden) y picos de frecuencia fija (resonancias, que forman una cresta recta a lo largo del eje de velocidad).

– Observación de cambios en la estabilidad del rotor: Se puede utilizar para ver la velocidad a la que se producen inestabilidades subsincrónicas como remolino de aceite o el látigo aparece y desaparece.

Cómo interpretar un gráfico de cascada

Para analizar un gráfico de cascada es necesario buscar dos características principales:

1. Líneas de orden (crestas diagonales)

Estas son las crestas de vibración directamente relacionadas con la velocidad de funcionamiento de la máquina. Aparecen como líneas diagonales en el gráfico.

• La línea diagonal más prominente suele ser la 1er orden (1x), que representa la respuesta al desequilibrio del rotor.
• Se pueden ver otras líneas diagonales para la 2do orden (2x), que a menudo está relacionado con la desalineación y otros armónicos.

2. Resonancias (Crestas horizontales)

Se trata de crestas de alta vibración que se producen en un frecuencia constante, independientemente de la velocidad de la máquina. Aparecen como líneas horizontales que recorren el gráfico.

• Cuando una línea de orden (como la respuesta de desequilibrio 1x) se interseca con una línea de resonancia, su amplitud aumentará significativamente, formando un pico grande a esa velocidad específica.
• La velocidad a la que se produce esta intersección es una velocidad crítica del sistema.

Adquisición y visualización de datos

Para crear un gráfico de cascada claro, los datos normalmente se adquieren utilizando seguimiento de pedidosEsto requiere una señal de tacómetro para garantizar que los datos espectrales no se dispersen al cambiar la velocidad. Si bien un gráfico de cascada puede mostrarse con un eje de frecuencia fijo, suele ser más útil mostrarlo como una cascada basada en órdenes, donde el eje x se expresa en órdenes en lugar de en Hz.

Además de la vista de cascada 3D, estos mismos datos también se utilizan para crear otros gráficos importantes de ascenso y descenso, como el Diagrama de Bode (que grafica la amplitud y fase de un solo orden versus velocidad) y la El complot de Nyquist (que traza la parte real versus la imaginaria del vector de un pedido).

El gráfico de cascada es una herramienta indispensable para cualquier análisis rotordinámico en profundidad, ya que proporciona una imagen completa del comportamiento de una máquina en todo su rango de velocidad.

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