Comprensión de la demodulación (análisis de envolvente)

Definición: ¿Qué es la demodulación?

En el contexto del análisis de vibraciones, demodulación Es una potente técnica de procesamiento de señales que se utiliza para detectar impactos repetitivos de baja frecuencia que se encuentran ocultos en la señal de vibración de alta frecuencia de una máquina. Es el proceso central que subyace al término más conocido, Análisis de envolvente. Los dos términos suelen usarse indistintamente.

La técnica funciona aislando una banda de vibración de alta frecuencia, que actúa como señal portadora, y extrayendo la envolvente de dicha señal. Esta envolvente revela los patrones subyacentes de baja frecuencia de impactos repetitivos, como los generados por fallas microscópicas en cojinetes o engranajes.

El proceso de demodulación

La demodulación implica un proceso de tres pasos:

1. Filtrado de paso de banda: Primero, la señal de vibración sin procesar pasa por un filtro paso banda de alta frecuencia. Esto elimina las vibraciones fuertes de baja frecuencia (como el desequilibrio y la desalineación) y se centra únicamente en una región de alta frecuencia donde las ondas de tensión de los impactos de rodamientos o engranajes generan resonancias estructurales.
2. Rectificación: La señal filtrada de alta frecuencia se rectifica. Este proceso transforma la parte negativa de la forma de onda en positiva, creando así una señal que representa la amplitud absoluta.
3. Filtrado de paso bajo (envolvente): Finalmente, esta señal rectificada pasa por un filtro paso bajo. Este suaviza la señal portadora resonante de alta frecuencia, dejando únicamente la envolvente de baja frecuencia que traza los picos de la señal rectificada. Esta envolvente resultante representa directamente la tasa de repetición de los impactos subyacentes.

A continuación, se realiza una FFT sobre esta señal de envolvente final. El espectro resultante, denominado espectro de envolvente o espectro demodulado, muestra picos claros en las frecuencias de falla exactas de los componentes del rodamiento o engranaje.

¿Por qué es tan efectiva la demodulación?

La demodulación es una de las técnicas más importantes para la detección temprana de fallas debido a cómo maneja las señales de impacto.

• Advertencia temprana: Cuando una pequeña astilla en la pista de un rodamiento es golpeada por un elemento rodante, se produce un impacto pequeño y de baja energía. Este impacto provoca una ráfaga de vibración muy breve y de alta frecuencia, mientras la estructura de la máquina vibra a sus frecuencias naturales.
• Separando la señal del ruido: En un espectro FFT normal, la pequeña cantidad de energía de estos impactos de etapa temprana queda completamente sepultada por la energía masiva de vibraciones de baja frecuencia como desequilibrar.
• Centrándose en la tasa de repetición: La demodulación ignora las potentes señales de baja frecuencia. Se centra en la oscilación de alta frecuencia y, sobre todo, en su frecuencia de repetición. Esta frecuencia de repetición se corresponde directamente con las frecuencias de fallo de los rodamientos o engranajes (p. ej., BPFO, BPFI, BSF, GMF).

Aplicaciones

Las principales aplicaciones de la demodulación son:

• Análisis de rodamientos de elementos rodantes: Es el método definitivo para detectar y diagnosticar fallas en rodamientos de bolas y de rodillos, proporcionando a menudo una advertencia meses antes de que la falla se vuelva crítica.
• Análisis de la caja de cambios: Es muy eficaz para detectar problemas como dientes de engranajes agrietados o rotos, que generan una señal de impacto clara a 1X la velocidad de rotación del engranaje en el espectro demodulado.
• Otros eventos impactantes: También se puede utilizar para detectar otros fenómenos de impacto repetitivo, como la apertura y el cierre de trampas de vapor o problemas de sincronización de válvulas de motores alternativos.

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