Curtosis en el análisis de vibraciones para la detección de fallas

Definición: ¿Qué es la curtosis?

Curtosis Es un parámetro estadístico que describe la forma de una distribución de probabilidad. En el análisis de vibraciones, se aplica a la señal de forma de onda temporal para medir su impulsividad. Una señal con alta curtosis se caracteriza por picos o impactos agudos y definidos, mientras que una señal con baja curtosis es más plana o redondeada. Proporciona un valor numérico único que puede indicar un cambio en la naturaleza subyacente de la señal de vibración, incluso si la energía total (valor RMS) no ha cambiado significativamente.

El valor diagnóstico de la curtosis

El valor principal de la curtosis en el monitoreo de condiciones es su alta sensibilidad a fallas impulsivas en etapa tempranaMuchos defectos mecánicos comienzan como grietas o desconchados microscópicos. Al entrar en contacto, estas fallas generan impactos de corta duración y alta frecuencia. Estos impactos causan picos agudos en la forma de onda del tiempo de vibración, lo que incrementa drásticamente el valor de curtosis mucho antes de que la falla alcance la magnitud suficiente para afectar el nivel de vibración RMS general de la máquina.

La curtosis es por tanto una herramienta excelente para:

• Detección temprana de fallas en los cojinetes: Es uno de los métodos más eficaces para detectar los primeros signos de desconchado en una pista de rodamiento o en un elemento rodante.
• Detección de fallas en los dientes del engranaje: Un diente de engranaje agrietado o roto producirá un impacto distintivo una vez por revolución, lo cual se detecta fácilmente por un valor de curtosis en aumento.
• Detección de rozamientos o impactos intermitentes: Cualquier evento no uniforme que tenga impacto dentro de una máquina puede resaltarse mediante esta medición.

Interpretación de los valores de curtosis

La curtosis es un valor normalizado. Para una distribución gaussiana (normal) perfecta, típica de la vibración de fondo aleatoria en una máquina en buen estado, el valor de curtosis es **3,0**. Las desviaciones de este valor son significativas para el diagnóstico:

• Curtosis ≈ 3,0: Indica que la vibración es aleatoria y gaussiana, lo que sugiere un funcionamiento normal y saludable.
• Curtosis > 3.0: Indica que la señal se está volviendo más "pico" o impulsiva de lo normal. Un valor de curtosis en aumento es una clara señal de alerta de impactos en desarrollo. Valores de 5, 10 o incluso superiores son comunes cuando hay defectos significativos en rodamientos o engranajes.
• Curtosis < 3.0: Indica que la señal es más plana que una distribución normal. Esto puede ocurrir a veces con ciertos tipos de rozamiento o cuando la señal está dominada por una vibración sinusoidal muy limpia.

El ciclo de vida de la curtosis de una falla en el rodamiento

Al rastrear una falla de un cojinete desde su inicio hasta la falla, el valor de curtosis a menudo sigue un patrón predecible:

1. Etapa saludable: La curtosis es estable y cercana a 3,0.
2. Etapa de falla temprana: Se forma un defecto microscópico. Se generan impactos agudos y definidos, lo que provoca un aumento significativo de la curtosis (p. ej., a 5,0 o superior). La vibración RMS general puede seguir siendo baja. Este es el momento ideal para detectar la falla.
3. Etapa de falla desarrollada: A medida que el defecto crece y se extiende, el impacto se vuelve más frecuente y menos nítido. La señal vuelve a asemejarse a un ruido aleatorio, aunque con un nivel de energía mucho mayor. En consecuencia, el valor de curtosis puede *disminuir* y volver a 3,0, mientras que el nivel de vibración RMS comienza a aumentar drásticamente.
4. Etapa tardía/de fracaso: El rodamiento está muy dañado y la vibración es alta y, a menudo, aleatoria. La curtosis se mantiene cerca de 3,0, pero el valor RMS ahora está en alarma.

Este ciclo de vida destaca el valor de la curtosis. El punto óptimo de detección se encuentra en las primeras etapas, cuando la curtosis aumenta. Confiar únicamente en el RMS implicaría que el fallo no se detectaría hasta que ya es significativo.

Limitaciones

Si bien es potente, la curtosis debe utilizarse junto con otras técnicas como el análisis de espectro y forma de onda. Puede ser sensible a fluctuaciones aleatorias no relacionadas con la máquina, por lo que se recomienda su uso como parámetro de tendencia. Un aumento constante de la curtosis a lo largo del tiempo es un indicador mucho más fiable que una sola lectura alta.

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