Comprensión de los armónicos en el análisis de vibraciones
Definición: ¿Qué es un armónico?
En el análisis de vibraciones, una armónico Es una frecuencia que es un múltiplo entero de una frecuencia fundamental. La frecuencia fundamental suele ser la frecuencia impulsora principal de un sistema, como la velocidad de rotación de un eje. Esta frecuencia fundamental se conoce como el primer armónico o 1xLos armónicos subsiguientes son:
- En 2do armónico (2x) es la frecuencia exactamente dos veces la fundamental.
- En 3er armónico (3x) es la frecuencia exactamente tres veces la fundamental.
- Y así sucesivamente (4x, 5x, 6x…).
Por ejemplo, si un motor funciona a 1.800 RPM (30 Hz), sus armónicos aparecerían en el espectro de vibración a 60 Hz (2x), 90 Hz (3x), 120 Hz (4x), etc.
¿Por qué se generan armónicos?
En un sistema perfectamente lineal con una función de forzamiento sinusoidal pura (como un rotor perfectamente equilibrado), solo se generaría la frecuencia fundamental 1x. Sin embargo, la maquinaria real no es perfectamente lineal. Los armónicos se generan cuando el movimiento de un componente está distorsionado o no es sinusoidal. Esta distorsión puede deberse a diversas condiciones mecánicas y eléctricas. Por lo tanto, la presencia y la amplitud de armónicos específicos constituyen potentes indicadores de diagnóstico.
Causas comunes y valor diagnóstico de los armónicos
El patrón de armónicos en un espectro de vibración proporciona pistas valiosas sobre la causa raíz de una falla de la máquina.
Alta amplitud 1x (la fundamental)
Un pico dominante en 1x se asocia más comúnmente con desequilibrarLa excentricidad y los ejes doblados también producen una fuerte señal 1x.
Alta amplitud 2x (segundo armónico)
Un segundo armónico fuerte, a menudo comparable en amplitud al pico 1x, es un indicador clásico de desalineación del ejeLa desalineación obliga al eje a doblarse dos veces en cada revolución, lo que produce un fuerte componente de frecuencia de 2x. Una desalineación paralela severa también puede producir armónicos de 3x y 4x.
Una “familia” de armónicos (1x, 2x, 3x, 4x, 5x…)
Cuando ves una serie de muchos armónicos de velocidad de funcionamiento, es la firma principal de holgura mecánicaLos impactos y el movimiento no lineal generados por componentes sueltos (como un rodamiento suelto en su alojamiento o un perno suelto en la pata de una máquina) distorsionan la señal de vibración y generan un patrón rico en armónicos. Cuanto mayor sea la holgura, mayor será la presencia de armónicos.
Otras causas de armónicos
- Rotores en voladizo: Un eje doblado en una máquina con un rotor en voladizo (como una bomba vertical) puede generar fuertes armónicos 1x, 2x y 3x.
- Máquinas reciprocantes: El movimiento no sinusoidal de los pistones y cigüeñales en motores y compresores genera naturalmente un rico espectro de armónicos.
- Problemas eléctricos: Los problemas en los motores de CA pueden generar armónicos en la frecuencia de línea (por ejemplo, 120 Hz en un sistema de 60 Hz).
- Frotamientos: Un roce ligero y parcial puede generar una serie de armónicos de orden alto, a veces hasta 10x, 20x o incluso más.
Consideraciones de análisis
Al analizar armónicos, es importante considerar:
- ¿Qué armónico es dominante? La respuesta apunta a diferentes fallos potenciales.
- ¿Cuántos armónicos están presentes? Un número grande sugiere holgura o distorsión severa.
- ¿Qué es la tendencia de amplitud? Un aumento en la amplitud de los armónicos a lo largo del tiempo indica un empeoramiento de la condición.
- ¿Son radiales o axiales? Por ejemplo, la desalineación a menudo muestra una alta vibración axial, mientras que el desequilibrio es principalmente radial.
Al examinar el patrón completo de frecuencias fundamentales y armónicas, un analista de vibraciones puede diagnosticar problemas de máquinas con un alto grado de confianza.
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