Comprensión del análisis de órdenes para máquinas de velocidad variable
Análisis de pedidos es una empresa especializada análisis de vibraciones técnica diseñada para máquinas que no funcionan a una velocidad única y constante. En lugar de representar la amplitud en función de un eje de frecuencia fijo en Hz o CPM, representa la amplitud en función de pedidos — múltiplos de la velocidad instantánea del eje velocidad de funcionamiento. El primer orden corresponde a la vibración a exactamente 1× (velocidad de funcionamiento), el segundo orden a 2× esa velocidad, y así sucesivamente. Al basar el análisis en el propio eje en lugar de en el reloj, el análisis de órdenes mantiene nítidos los componentes relacionados con la velocidad, independientemente de cómo acelere o se desplace por inercia la máquina.
1. Definición: ¿Qué es un orden?
Un orden es un armónico de la velocidad de rotación fundamental. Dado que muchas averías de las máquinas provocan vibraciones a múltiplos enteros de la velocidad del eje, expresar el espectro en órdenes permite relacionar cada pico directamente con una causa física. El primer orden casi siempre conlleva desequilibrar; el de segundo orden es un indicador clásico de desalineación y ciertas condiciones de laxitud; los órdenes enteros superiores se refieren a malla de engranajes, veleta o paso de cuchilla eventos relacionados con el número de elementos del rotor. Las órdenes no enteras (fraccionarias) señalan subsincrónico fenómenos como remolinos de aceite o defectos en la correa. En resumen, el eje de orden es un mapa de diagnóstico que se desplaza junto con el rotor.
2. Por qué la FFT estándar no funciona en máquinas de velocidad variable
Una convencional Transformada rápida de Fourier (FFT) mide la vibración en un intervalo fijo de tiempo y da por hecho que la velocidad es constante durante ese intervalo. En una máquina de velocidad constante, esto es perfecto. Pero si el eje acelera o desacelera mientras se recopilan los datos, todos los componentes relacionados con la velocidad se desplazan por el espectro durante la captura. Su energía se distribuye por muchos intervalos de frecuencia adyacentes, produciendo una protuberancia ancha, baja y difusa en lugar de una línea nítida. Un pico de desequilibrio de 1× que debería sobresalir en el espectro puede aplanarse hasta convertirse en ruido, imposible de leer con precisión e inútil para Tendencias. Este efecto de difuminado es el mismo mecanismo que subyace a fuga espectral, lo que se ve agravado por los cambios en el régimen de revoluciones. El análisis de órdenes se desarrolló específicamente para contrarrestarlo.
3. La solución: seguimiento de órdenes
La técnica que lo hace posible es seguimiento de pedidos, y depende de una segunda entrada: una tacómetro (o «tacho») que emite un pulso por cada revolución del eje. El analizador utiliza esta secuencia de pulsos —y no su reloj de cristal interno— como base de tiempo. En lugar de realizar el muestreo a intervalos de tiempo fijos (por ejemplo, cada milisegundo), lo hace a intervalos fijos angular intervalos (por ejemplo, cada grado de rotación). Esto se conoce como remuestreo en el dominio del ángulo.
Hay dos métodos habituales. Muestreo por hardware (sincrónico) acciona el convertidor analógico-digital directamente a partir de un múltiplo sincronizado en fase del pulso tacométrico, de modo que cada vuelta genera siempre el mismo número de muestras. Seguimiento de órdenes calculado (por software) muestra a una frecuencia fija elevada y, a continuación, reinterpola digitalmente el registro en intervalos de ángulo igual utilizando la sincronización del tacómetro registrada. En cualquier caso, la transformación resultante se expresa en órdenes, no en Hz. Si la máquina cambia de velocidad, la línea 1× permanece en el bin de primer orden como un pico alto y estrecho: la difuminación desaparece. El tacómetro también proporciona un fase referencia, que es lo que permite al analizador crear Presagiar y Nyquist gráficos durante un arranque.
Idea clave: el análisis de órdenes vincula la adquisición de datos al eje ángulo en lugar de tiempo, por lo que la vibración sincronizada con la velocidad se mantiene nítida a cualquier régimen de revoluciones.
4. Aplicaciones principales
El análisis de órdenes es indispensable siempre que la velocidad no sea constante:
- Pruebas de vehículos y motores: resolver las vibraciones del motor, la transmisión y el tren de transmisión en todo el rango de revoluciones.
- Aerogeneradores: La velocidad del rotor se adapta continuamente al viento, por lo que fijarse en una frecuencia concreta no tiene sentido: es fundamental realizar un análisis de órdenes.
- Análisis de la aceleración y la desaceleración: Detectar las vibraciones cuando una máquina arranca o se detiene es una forma eficaz de localizar velocidades críticas y resonancias; el seguimiento de órdenes mantiene el resultado costa abajo gráficos claros y fáciles de leer.
- Maquinaria de pistón: compresores y motores cuya velocidad instantánea varía a lo largo de cada ciclo.
- Maquinaria pesada y móvil: maquinaria de movimiento de tierras, vehículos mineros y otros sistemas de variador de velocidad.
5. Cómo se muestran los datos del análisis de órdenes
Los resultados se pueden consultar en varios formatos complementarios:
- Espectro de órdenes: amplitud frente a órdenes: como una FFT estándar, pero con las órdenes en el eje x.
- Cascada o cascada parcela: un conjunto de espectros de orden superpuestos en 3D que muestra cómo evoluciona la amplitud de cada orden a medida que cambia la velocidad.
- Diagrama de Bode: amplitud y fase de una señal de referencia (normalmente 1× o 2×) representadas gráficamente en función de la velocidad de la máquina, lo que constituye la base de las pruebas de aceleración y desaceleración.
- Diagrama de Campbell: Las líneas de orden se superponen a las frecuencias naturales del sistema, por lo que se produce una resonancia cada vez que una línea de orden cruza una línea de frecuencia natural.
A filtro de seguimiento puede aislar una sola orden en tiempo real para los trabajos de afinado, y un Calculadora de diagrama de Campbell ayuda a predecir dónde se producirán esos cruces antes de realizar las pruebas.
6. Análisis de órdenes en el trabajo de campo práctico
En la planta de producción, el análisis de órdenes es fundamental para el equilibrado de las máquinas que no mantienen una velocidad constante. Un instrumento portátil de dos canales como el Balanset-1A utiliza su tacómetro óptico láser para vincular los datos de vibración al ángulo del eje, de modo que el componente de desequilibrio de 1× que mide para equilibrado de campo se mantiene preciso incluso en un ventilador o una bomba cuya velocidad de giro (RPM) varía bajo carga. Este mismo método basado en el tacómetro permite al analizador separar el pico 1×, que está sincronizado con la velocidad, del ruido de frecuencia fija, como frecuencias de fallo de los rodamientos, lo que permite obtener una lectura fiable del punto de mayor vibración. En efecto, el análisis de órdenes es lo que convierte los datos de vibración de una máquina de velocidad variable en información útil para el ingeniero, permitiendo diagnosticar con precisión el estado de cualquier rotor que funcione a diferentes velocidades.
