Análisis de envolvente (demodulación) para la detección temprana de fallas

Definición: ¿Qué es el análisis de envolvente?

Análisis de envolventetambién conocido como demodulación El análisis de envolvente de alta frecuencia (o envolvente de alta frecuencia) es una potente técnica de procesamiento de señales utilizada en el análisis de vibraciones para detectar fallas tempranas en rodamientos y cajas de engranajes. Este tipo de fallas, como grietas microscópicas o desconchados, generan una serie de ondas de tensión o "impactos" de baja energía y alta frecuencia cada vez que un elemento rodante pasa sobre el defecto. El análisis de envolvente es un método para extraer estas señales de impacto repetitivas de la vibración general de fondo de la máquina.

¿Por qué la FFT estándar no es suficiente?

La energía de estos pequeños impactos iniciales suele ser demasiado baja y de frecuencia demasiado alta para ser detectada en un espectro de vibración estándar (FFT). La señal suele quedar sepultada en el ruido de fondo o eclipsada por vibraciones más intensas y de menor frecuencia, provenientes de fuentes como desequilibrios o desalineaciones. Los impactos actúan como un *modulador* de las frecuencias de resonancia naturales de la máquina. El análisis de envolvente está diseñado para demodular esta señal y revelar las frecuencias de falla subyacentes.

El proceso de análisis de sobres

La técnica funciona aislando las señales de alta frecuencia y examinando su tasa de repetición. El proceso consta de varios pasos:

1. Filtrado de paso de banda: La señal de vibración bruta se pasa primero por un filtro paso alto o paso banda. Este elimina todas las vibraciones fuertes de baja frecuencia (p. ej., inferiores a 1 kHz o 5 kHz) y aísla el zumbido de alta frecuencia y las ondas de tensión asociadas a los impactos.
2. Rectificación: La señal de alta frecuencia filtrada se rectifica, lo que básicamente convierte la parte negativa de la señal en positiva. Esto prepara la señal para la envolvente.
3. Envolvente (filtrado de paso bajo): Se aplica un filtro paso bajo a la señal rectificada. Esto suaviza la señal portadora de alta frecuencia, dejando solo la "envolvente", una forma de onda que representa el patrón de modulación de amplitud, que es la frecuencia de repetición de los impactos originales.
4. FFT de la envolvente: Finalmente, se aplica una Transformada Rápida de Fourier (FFT) a esta nueva señal de envolvente. El espectro de envolvente resultante muestra claramente la frecuencia de los impactos repetitivos.

Diagnóstico de fallos con el espectro de envolvente

Los picos en el espectro de la envolvente corresponden a los valores calculados del rodamiento. frecuencias de fallaAl comparar los picos del espectro con estas frecuencias conocidas, un analista puede determinar la ubicación exacta de la falla:

• BPFO (Frecuencia de pase de pelota, carrera exterior): Indica un defecto en la pista exterior estacionaria del rodamiento.
• BPFI (Frecuencia de pase de pelota, carrera interna): Indica un defecto en la pista interior giratoria. Este pico suele presentar bandas laterales a 1x RPM, ya que el defecto entra y sale de la zona de carga.
• BSF (Frecuencia de giro de la pelota): Indica un defecto en uno de los elementos rodantes (las bolas o rodillos).
• FTF (Frecuencia fundamental del tren): La frecuencia más lenta indica una falla en la jaula del cojinete que mantiene los rodillos en su lugar.

De manera similar, en el caso de las cajas de engranajes, el espectro envolvente puede revelar picos en la velocidad de funcionamiento de un engranaje que tiene un diente agrietado o roto, lo que indica un impacto repetitivo una vez por revolución.

El poder de la detección temprana

La principal ventaja del análisis de envolvente es su sensibilidad. Permite detectar fallas en rodamientos y engranajes meses, o incluso un año, antes de que se hagan evidentes en un espectro de velocidad estándar o generen suficiente calor para ser detectados con termografía infrarroja. Esto proporciona una valiosa alerta temprana, que permite planificar y programar el mantenimiento con mínimas interrupciones, previniendo fallas catastróficas y daños secundarios.

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