Comprensión de la demodulación (análisis de envolvente)
Demodulación es una técnica de tratamiento de señales utilizada en análisis de vibraciones para detectar impactos repetitivos de baja frecuencia que están “ocultos” dentro de las vibraciones de alta frecuencia de una máquina. Es el motor detrás del término más familiar Análisis de envolvente, y a menudo se utilizan indistintamente. El método aísla una banda de vibración de alta frecuencia que se comporta como un portadora, y, a continuación, extrae el envolvente de esa portadora, lo que revela la tasa de repetición subyacente de impactos diminutos y periódicos, como los producidos por fallos microscópicos en rodamientos o engranajes.
1. Definición: ¿Qué es la demodulación?
Cada defecto de un rodamiento o de un engranaje produce un breve choque mecánico cada vez que una superficie cargada pasa sobre él. Ese choque excita las frecuencias naturales de la estructura, haciendo que la máquina “suene” a frecuencias muy superiores a la velocidad de funcionamiento. Los impactos en sí llevan muy poca energía, pero se repiten a un ritmo preciso y predecible ligado a la geometría del componente. La demodulación descarta el zumbido de alta frecuencia y recupera únicamente este ritmo de repetición: la información que realmente identifica el fallo.
El resultado está estrechamente vinculado a la idea de un espectro de envolvente: una visualización de frecuencia calculada no a partir de la forma de onda bruta, sino a partir de su envolvente demodulada. Cuando un espectro de vibración muestra la energía en la señal, el espectro demodulado muestra el ritmo de los impactos enterrados en ella.
2. El proceso de demodulación
La demodulación es una cadena de tres pasos, aplicada a la señal bruta de un acelerómetro antes de cualquier transformación final:
- Filtrado de paso banda: La señal de vibración sin procesar pasa primero por un filtro de alta frecuencia filtro pasabanda. Esto elimina el contenido fuerte, de baja frecuencia - desequilibrio, desalineación, holguras- y conserva únicamente una región de alta frecuencia en la que las ondas de tensión procedentes de los impactos de rodamientos o engranajes excitan resonancias estructurales resonancias. Elegir bien esta banda (a menudo centrada en una resonancia estructural conocida) es la decisión de configuración más importante de todo el método.
- Rectificación: A continuación, la señal filtrada de alta frecuencia se rectifica —la mitad negativa de la forma de onda se invierte a positiva— produciendo una señal que representa la amplitud absoluta de la portadora.
- Filtrado de paso bajo (envolvente): Por último, la señal rectificada se hace pasar por un filtro de paso bajo. Así se suaviza la portadora de alta frecuencia y solo queda la “envolvente” de movimiento lento que traza los picos de la señal rectificada. Esa envolvente representa directamente la frecuencia de repetición de los impactos subyacentes.
Un FFT a la señal envolvente. El espectro resultante -el espectro envolvente o espectro demodulado- muestra picos claros en las frecuencias exactas de fallo de los componentes del rodamiento o engranaje, incluso cuando esos picos serían invisibles en un espectro ordinario de los datos brutos.
3. ¿Por qué es tan eficaz la demodulación?
La demodulación es una de las técnicas más valiosas para la detección precoz de fallos, precisamente por cómo trata las señales de impacto.
- Advertencia temprana: Cuando un pequeño descascarillado Cuando un elemento rodante golpea la pista de un rodamiento, se produce un pequeño impacto de baja energía. Ese impacto provoca un breve estallido de vibraciones de alta frecuencia cuando la estructura de la máquina suena a sus frecuencias naturales, mucho antes de que el daño sea lo suficientemente grande como para elevar el nivel general de vibraciones.
- Separando la señal del ruido: En un espectro FFT normal, la minúscula energía de estos impactos en fase inicial queda completamente sepultada bajo la enorme energía de las vibraciones de baja frecuencia, como el desequilibrio. El fallo está presente en los datos, pero ahogado.
- Centrándose en la tasa de repetición: La demodulación ignora por completo las potentes señales de baja frecuencia. Se concentra en el timbre de alta frecuencia y, sobre todo, en la tasa de repetición de ese timbre. Es esta tasa de repetición la que corresponde directamente al frecuencias de fallo de los rodamientos — BPFO, BPFI, BSF - y al frecuencia de engrane (GMF) y sus bandas laterales.
Porque la demodulación reacciona a impactos en lugar de amplitud, puede detectar un rodamiento defectuoso meses antes de que éste aparezca en un espectro de velocidad estándar, lo que supone una ventaja decisiva en mantenimiento predictivo.
4. Aplicaciones y uso en el campo
Las principales aplicaciones de la demodulación son:
- Análisis de rodamientos de elementos rodantes: Es el método definitivo para detectar y diagnosticar fallos en rodamientos de bolas y de rodillos, y a menudo avisa meses antes de que el fallo sea crítico. La presencia de energía en BPFO, BPFI o BSF en el espectro envolvente es una huella casi inequívoca de un defecto localizado.
- Análisis de cajas de engranajes: Es muy eficaz para detectar dientes de engranaje agrietados o rotos, que generan un claro impacto a 1× de la velocidad de rotación del engranaje afectado en el espectro demodulado, a menudo acompañado de bandas laterales.
- Otros eventos de impacto: También puede detectar otros fenómenos de impacto repetitivos: purgadores de vapor que se abren y cierran cíclicamente o problemas de sincronización de válvulas de motores alternativos.
Sobre el terreno, el mismo instrumento utilizado para el equilibrado sirve también como herramienta de diagnóstico. Un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A captura la señal de banda ancha de un acelerómetro en cada rodamiento, de modo que un técnico puede revisar el espectro ordinario y la envolvente demodulada uno al lado del otro y decidir si un pico de 1× es cierto desequilibrio o el primer signo de fallo de un rodamiento. Enfoques relacionados como el método de impulsos de choque y energía de punta explotan los mismos impactos de alta frecuencia, pero la demodulación sigue siendo la más diagnóstica porque conserva todo el espectro de tasa de repetición en lugar de colapsarlo en un solo número.
5. Errores de instalación y buenas prácticas
- Banda de filtro incorrecta: Si el filtro pasa banda se coloca lejos de una resonancia estructural genuina, los impactos no se amplifican y el espectro de la envolvente parece vacío aunque exista un defecto. Muchos instrumentos ofrecen bandas preestablecidas; un prueba de impacto puede confirmar dónde suena la estructura.
- El montaje importa: La energía de impacto de alta frecuencia se pierde fácilmente a través de soportes blandos. Un sensor montado sobre espárrago o adhesivo conserva la señal portadora mucho mejor que un imán sobre una superficie pintada — ver ISO 5348 sobre el montaje del acelerómetro.
- Interpretación, no sólo detección: Un pico en el espectro envolvente debe compararse con las frecuencias de fallo calculadas para el rodamiento específico antes de realizar un diagnóstico; de lo contrario, los armónicos de la velocidad de funcionamiento pueden confundirse con un defecto.
