Análisis del cepstro en el diagnóstico de vibraciones

Definición: ¿Qué es un cepstrum?

Análisis del cepstro Es una técnica avanzada de procesamiento de señales que proporciona información sobre las estructuras periódicas dentro de un espectro de frecuencias. El nombre "cepstrum" es un anagrama de "espectro", lo que indica su naturaleza: es, en efecto, el "espectro de un espectro". Se calcula tomando el logaritmo de un espectro de frecuencias y aplicando una transformada de Fourier inversa al resultado. Este proceso resalta patrones periódicos en el espectro, como familias de armónicos o bandas laterales, que podrían ser difíciles de discernir observando el espectro directamente.

En el gráfico de cepstrum, el eje x se llama quefrencia (anagrama de frecuencia) y tiene unidades de tiempo. Los picos en este eje, llamados rahmónica, indica el período (en segundos) de los patrones repetidos en el espectro original.

¿Por qué utilizar el análisis de cepstrum?

Si bien un espectro FFT estándar es excelente para identificar componentes de frecuencia individuales, puede resultar confuso y difícil de interpretar cuando una falla de la máquina genera una gran cantidad de armónicos y bandas laterales. El análisis de cepstrum simplifica esto al consolidar toda una familia de frecuencias repetitivas en un único pico claro. Sus principales usos son:

• Detección de familias armónicas: Puede identificar fácilmente una frecuencia fundamental y sus armónicos, incluso si la fundamental en sí es débil o está ausente en el espectro.
• Identificación de familias de bandas laterales: Destaca por detectar bandas laterales, que suelen ser de baja amplitud y estar ocultas por el ruido. Cepstrum puede mostrar claramente la presencia de bandas laterales y medir su espaciamiento.
• Separación de efectos de origen y ruta: En algunas aplicaciones, puede ayudar a separar la señal de la fuente de vibración de la respuesta estructural de la máquina.
• Detección de eco: Puede identificar ecos o reflexiones en una señal.

Aplicaciones clave en el diagnóstico de máquinas

1. Diagnóstico de la caja de cambios

Esta es la aplicación más común y potente del análisis cepstrum. Un diente de engranaje dañado modula la frecuencia de malla (GMF), creando bandas laterales alrededor del pico de la GMF, espaciadas a la velocidad de rotación de dicho engranaje. En una caja de engranajes compleja con múltiples ejes y engranajes, el espectro puede ser una mezcla confusa de diferentes GMF y bandas laterales. El cepstrum simplifica esta complejidad:

• Un pico en el cepstrum en la frecuencia correspondiente al período de rotación del engranaje (1/RPM) es un indicador claro de una falla en ese engranaje específico.
• Se puede analizar la amplitud del pico del cepstrum para monitorear la progresión del desgaste del engranaje.

2. Análisis de rodamientos de elementos rodantes

Al igual que en las cajas de engranajes, los defectos en los rodamientos también generan bandas laterales. Por ejemplo, un defecto en la pista interior creará bandas laterales espaciadas a la velocidad del eje alrededor de la frecuencia del defecto de la pista interior (BPFI) y sus armónicos. El cepstrum puede ayudar a confirmar la presencia de estos patrones, especialmente cuando no son evidentes en el espectro.

3. Análisis de turbomáquinas

En turbinas y compresores, el cepstrum se puede utilizar para identificar armónicos de frecuencia de paso de álabes y diagnosticar problemas relacionados con daños en los álabes o problemas aerodinámicos.

Cómo interpretar un diagrama de cepstrum

1. Calcular períodos de rotación: Antes de observar el cepstrum, calcule los períodos de tiempo de los principales componentes giratorios (por ejemplo, para un eje a 1800 RPM o 30 Hz, el período es 1/30 = 0,033 segundos).
2. Busque picos en períodos conocidos: Examine el cepstrum en busca de picos significativos (rahmónicos) que coincidan con estos períodos de tiempo calculados.
3. Identificar armónicos: Busque picos en múltiplos enteros de la frecuencia fundamental. Estos indican la presencia de familias armónicas fuertes en el espectro original.
4. Amplitudes de tendencia: Monitoree la amplitud de los picos del cepstrum a lo largo del tiempo. Un aumento de la amplitud indica un empeoramiento de la condición.

El análisis de cepstrum es una herramienta poderosa que requiere experiencia para su uso efectivo, pero para maquinaria compleja como cajas de engranajes, puede proporcionar una claridad de diagnóstico que no es igualada por el análisis de espectro solo.

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