¿Qué es la integración en vibraciones? Conversión de señal • Equilibrador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el equilibrado dinámico de trituradoras, ventiladores, desbrozadoras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores. ¿Qué es la integración en vibraciones? Conversión de señal • Equilibrador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el equilibrado dinámico de trituradoras, ventiladores, desbrozadoras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores.

¿Qué es la integración en vibraciones? Conversión de señales

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Comprensión de la integración en el análisis de vibraciones

Definición: ¿Qué es la integración?

Integración en vibración El análisis es el proceso matemático de convertir mediciones de vibración de un parámetro a otro mediante la integración en el dominio del tiempo o la división por la frecuencia en el dominio de la frecuencia. Lo más común es que la integración convierta aceleración (medido por acelerómetros) a velocidad, o velocidad a desplazamiento. Dado que la aceleración, la velocidad y el desplazamiento están relacionados mediante el cálculo (velocidad = ∫aceleración dt; desplazamiento = ∫velocidad dt), la integración permite expresar la vibración en el parámetro más apropiado para la aplicación y el rango de frecuencia.

La integración es esencial porque diferentes parámetros de vibración son óptimos para diferentes propósitos: aceleración para análisis de alta frecuencia (defectos en rodamientos), velocidad para el estado general de la maquinaria (normas ISO) y desplazamiento para equipos de baja velocidad y evaluación de holguras.

Relaciones matemáticas

Integración en el dominio del tiempo

  • Velocidad a partir de la aceleración: v(t) = ∫ a(t) dt
  • Desplazamiento a partir de la velocidad: d(t) = ∫ v(t) dt
  • Desplazamiento debido a la aceleración: d(t) = ∫∫ a(t) dt dt (integración doble)

Integración en el dominio de la frecuencia

Más simple en el dominio de la frecuencia:

  • Velocidad a partir de la aceleración: V(f) = A(f) / (2πf)
  • Desplazamiento a partir de la velocidad: D(f) = V(f) / (2πf)
  • Resultado: Al dividir por frecuencia, las bajas frecuencias se amplifican y las altas se reducen.

Por qué es necesaria la integración

Limitaciones del sensor

  • Los acelerómetros son los sensores más versátiles y comunes.
  • Pero la aceleración no siempre es el mejor parámetro para el análisis.
  • La integración permite utilizar el acelerómetro para todos los tipos de parámetros.
  • Más económico que múltiples tipos de sensores

Selección de parámetros por frecuencia

  • Alta frecuencia (>1000 Hz): Aceleración óptima (defectos en los rodamientos)
  • Frecuencia media (10-1000 Hz): Velocidad óptima (maquinaria general, normas ISO)
  • Baja frecuencia (<10 Hz): Desplazamiento óptimo (equipos de baja velocidad, holguras)
  • Integración: Permite utilizar el parámetro óptimo para cada rango de frecuencia.

Requisitos estándar

  • La norma ISO 20816 especifica la velocidad RMS.
  • Si se mide la aceleración, debe integrarse para obtener la velocidad.
  • Las mediciones de desplazamiento con sonda de proximidad deben convertirse para la comparación de velocidad.

Desafíos de integración

Deriva de baja frecuencia

El problema principal de integración:

  • Cualquier componente de CC o de muy baja frecuencia
  • La integración amplifica las bajas frecuencias (dividiendo por números pequeños).
  • Crea enormes errores de baja frecuencia
  • La señal se desvía fuera de escala
  • Solución: Filtro de paso alto antes de la integración (normalmente con una frecuencia de corte de 2-10 Hz)

Amplificación de ruido

  • La integración es una operación 1/f (amplifica las bajas frecuencias).
  • El ruido de baja frecuencia se amplificó más que la señal.
  • Puede degradar la relación señal/ruido
  • Solución: Filtrar el ruido antes de la integración

Errores compuestos de doble integración

  • La aceleración hasta el desplazamiento requiere una doble integración.
  • Los errores se multiplican
  • Muy sensible a la componente continua y al ruido de baja frecuencia.
  • Es esencial un filtrado de paso alto agresivo (típico de 10-20 Hz).

Procedimiento de integración adecuado

Integración simple (aceleración a velocidad)

  1. Adquirir señal: Recopile datos de aceleración con una frecuencia de muestreo adecuada.
  2. Eliminación de CC: Elimine cualquier compensación de CC
  3. Filtro de paso alto: Aplique un filtro paso alto (HPF) a 2-10 Hz para eliminar la deriva.
  4. Integrar: Realizar la integración (dividir por 2πf en el dominio de la frecuencia).
  5. Verificar: Compruebe que los resultados sean razonables y que no haya desviación.

Integración doble (aceleración a desplazamiento)

  1. HPF agresivo: Frecuencia de corte de 10-20 Hz (superior a la integración simple)
  2. Primera integración: Aceleración → velocidad
  3. Verificar intermedio: Comprobar resultado de velocidad
  4. Segunda integración: Velocidad → desplazamiento
  5. Verificación final: Confirme que el desplazamiento es razonable.

Dominio de la frecuencia frente al dominio del tiempo

Integración en el dominio de la frecuencia (preferida)

  • Método: FFT → dividir por 2πf → FFT inversa
  • Ventajas: Sencillo, sin errores acumulativos, fácil de aplicar el filtrado.
  • Implementación: Estándar en analizadores modernos
  • Resultado: Integración limpia y precisa

Integración en el dominio del tiempo

  • Método: Integración numérica (regla trapezoidal, regla de Simpson)
  • Desafíos: Errores acumulativos, deriva, filtrado más complejo
  • Usar: Cuando el dominio de la frecuencia no resulta práctico

Aplicaciones prácticas

Cumplimiento de normas

  • Convierta las mediciones del acelerómetro a velocidad para la comparación con la norma ISO 20816.
  • Convertir el desplazamiento de la sonda de proximidad en velocidad
  • Garantiza una comparación coherente entre diferentes tipos de sensores.

Maquinaria de baja velocidad

  • A bajas velocidades (< 500 RPM), la aceleración y la velocidad se vuelven pequeñas
  • El desplazamiento es más significativo
  • Integrar la aceleración con el desplazamiento para el análisis

Análisis multiparamétrico

  • Considera la misma vibración como aceleración, velocidad Y desplazamiento
  • Cada parámetro enfatiza diferentes rangos de frecuencia.
  • Comprensión integral de las características de vibración

Errores comunes

Integración sin filtrado

  • Resultados en deriva y errores
  • Valores de desplazamiento no utilizables
  • Siempre aplique un filtro de paso alto antes de la integración.

Frecuencia de corte incorrecta

  • Demasiado bajo: problemas de deriva
  • Demasiado alto: se eliminaron las frecuencias bajas válidas.
  • Es necesario equilibrar la prevención de la deriva con la preservación de la señal.

Comparación de parámetros mixtos

  • No compares directamente la aceleración con la velocidad.
  • Convertir al mismo parámetro antes de la comparación
  • El contenido de frecuencia influye en qué parámetro muestra valores más altos.

La integración es una operación fundamental de procesamiento de señales en el análisis de vibraciones que permite la conversión entre mediciones de aceleración, velocidad y desplazamiento. Una técnica de integración adecuada —que incluye un filtrado paso alto apropiado para evitar la deriva y la comprensión de la implementación en el dominio de la frecuencia— es esencial para una conversión precisa de los parámetros de vibración, el cumplimiento de las normas y un análisis multiparamétrico integral del estado de la maquinaria.

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