Comprensión de las bandas laterales en el análisis de vibraciones
Bandas laterales son pequeños picos de frecuencia que aparecen en un Espectro FFT a intervalos regulares a ambos lados de un pico central más grande conocido como el frecuencia portadora. Su presencia es una señal inequívoca de modulación —una situación en la que una señal se «superpone» a otra— y la distancia entre las bandas laterales es igual a la frecuencia de la señal moduladora. Dado que esa distancia apunta directamente al elemento giratorio responsable, las bandas laterales se encuentran entre los patrones de diagnóstico más fiables y concluyentes en análisis de vibraciones, especialmente para gearbox y cojinete detección de fallos.
1. Qué son las bandas laterales: la modulación en el espectro
La modulación es un concepto conocido en el ámbito de la radio, y el mecanismo que se aplica en una caja de cambios es el mismo. La intensidad de un tono constante de alta frecuencia (la portadora) varía debido a un fenómeno que se repite a un ritmo más lento (el modulador); en el espectro, esa variación no difumina el pico de la portadora, sino que distribuye la energía en picos satélites simétricos. La portadora en sí suele ser una vibración forzada generado por el funcionamiento normal, mientras que el modulador es el ritmo de una vez por revolución de un componente defectuoso. Reconocer el patrón es lo que distingue un diagnóstico certero de una simple conjetura.
2. Cómo se generan las bandas laterales
Las bandas laterales se producen cuando la amplitud de una señal de vibración principal —la portadora— varía con el tiempo debido a una segunda señal más lenta: el modulador. El ejemplo clásico es un diente de engranaje defectuoso:
- En Frecuencia de malla de engranajes (GMF) es la portadora. Se trata de una alta frecuencia generada por el engranaje normal de los dientes de los engranajes.
- Un solo diente agrietado en ese engranaje genera un impacto cada revolución. Cada vez que el diente defectuoso entra en contacto, ese impacto modula —es decir, cambia la amplitud de— la señal GMF.
- En velocidad de rotación Por lo tanto, la frecuencia de modulación es la del engranaje.
El resultado en el espectro FFT es un pico grande en la GMF (la portadora), flanqueado por picos de banda lateral más pequeños espaciados a la velocidad de rotación del engranaje. Este patrón demuestra no solo que existe un fallo, sino que se encuentra en ese engranaje concreto. Esta relación se resume en una fórmula sencilla:
Frecuencia de banda lateral = Frecuencia portadora ± (n × Frecuencia de modulación), donde n = 1, 2, 3 …
Por lo tanto, el conjunto de picos situados por encima y por debajo de la portadora forma un peine con espacios uniformes, y al medir la frecuencia en hercios —y convertirla luego a revoluciones por minuto— el analista puede determinar con exactitud qué eje presenta un fallo.
3. Aplicaciones clave en el diagnóstico de máquinas
Diagnóstico de la caja de cambios
Esta es la aplicación principal del análisis de banda lateral.
- Bandas laterales alrededor de GMF: si aparecen bandas laterales espaciadas a la velocidad de funcionamiento de un engranaje alrededor de su GMF, indican un fallo en dicho engranaje: un diente agrietado, un diente desgastado o excentricidad.
- Bandas laterales alrededor de los armónicos de GMF: Las fallas graves suelen generar también bandas laterales en torno a los valores de 2× y 3× del GMF, por lo que el patrón en forma de peine se repite en torno a cada uno de ellos armónico.
- Frecuencia del diente fantasma: en conjuntos de engranajes complejos, bandas laterales específicas no enteras en el frecuencia de los dientes de caza puede detectar un fallo que solo se produce cuando dos dientes concretos de diferentes engranajes entran en contacto.
Diagnóstico de rodamientos de elementos rodantes
Las bandas laterales también son fundamentales para confirmar bearing faults, especialmente los defectos dentro de la misma raza:
- Un defecto en el carrera interior gira junto con el eje y, a medida que entra y sale de la zona de carga del rodamiento, la amplitud de los impactos que genera aumenta y disminuye.
- Esto produce una modulación de amplitud de la frecuencia de la falla de la carrera interior, BPFI.
- El espectro resultante muestra un pico en BPFI con bandas laterales espaciadas a una distancia equivalente a una vez la velocidad de rotación del eje. Observar este patrón es un indicador muy fiable de un defecto intrarracial, y es una de las razones análisis de envolvente es tan eficaz a la hora de demodular estas señales.
Diagnóstico de motores eléctricos
Los problemas con las barras del rotor en un motor de inducción de CA pueden provocar la aparición de bandas laterales alrededor del pico de velocidad de funcionamiento 1x. Estas bandas laterales están espaciadas en el frecuencia de paso de polos - la frecuencia de deslizamiento de la potencia del motor multiplicada por el número de polos del motor — y constituyen una característica clásica de barras de rotor rotas.
4. Aspectos a tener en cuenta en el análisis
Para utilizar eficazmente el análisis de banda lateral, es esencial contar con datos de alta calidad:
- Alta resolución: Se requiere una FFT de alta resolución (por ejemplo, 3200 o 6400 líneas) para ver claramente los picos de las bandas laterales y medir su separación con precisión. Con una resolución baja, las bandas laterales se «difuminan» junto con el pico de la portadora. La relación entre el número de líneas, el intervalo y la resolución se puede comprobar con un Calculadora de resolución FFT.
- Tendencias: El número y la amplitud de las bandas laterales son un buen indicador de la gravedad de la falla. A medida que la falla se agrava, aparecen más bandas laterales y su amplitud aumenta, por lo que registrarlas a lo largo del tiempo mediante análisis de tendencias registra el deterioro.
- FFT de zoom: el FFT de zoom Esta función del analizador permite al analista ampliar un rango de frecuencias reducido con una resolución muy alta para confirmar la presencia y el espaciado de las bandas laterales.
5. Interpretar los espacios: del patrón al diagnóstico
La capacidad de diagnóstico de una familia de bandas laterales reside en su cálculo aritmético. Dado que el espaciado es igual a la frecuencia de modulación, un analista puede ir retrocediendo desde el peine hasta identificar la causa: un espaciado a 1× la velocidad del eje apunta a ese eje; un espaciado a la frecuencia de paso de polo relacionada con el deslizamiento apunta al estado eléctrico del motor; un espaciado no entero apunta a un par de dientes específico. Medir de antemano la frecuencia de engranaje y su estructura de banda lateral esperada —por ejemplo, con un Calculadora de frecuencia de malla de engranajes — permite al analista predecir exactamente dónde buscar antes de abrir el espectro.
Sobre el terreno, estas señales se registran con un analizador de espectro portátil que se lleva de una máquina a otra. Un instrumento como el Balanset-1A mide el espectro de vibraciones de una máquina en funcionamiento con una resolución lo suficientemente alta como para detectar el patrón de bandas laterales que rodea la frecuencia de un fallo en el engranaje o en el rodamiento, de modo que un ingeniero pueda confirmar el diagnóstico in situ; y cuando ese mismo análisis revela que el problema principal es simplemente desequilibrar en lugar de un defecto en la muesca o en la pista, el instrumento se desplaza directamente hacia equilibrado de campo to correct it.
Cuando un analista detecta un patrón de banda lateral claro y simétrico en la distancia prevista, la confianza de la diagnóstico pasa de «posible» a «altamente probable», y es precisamente por eso por lo que las bandas laterales se consideran uno de los indicios más fiables en este ámbito.
