Comprensión de la energía de pico
Energía de pico (también denominada energía de impacto o energía del pulso de choque) es una vibración parámetro de medición que cuantifica el contenido energético de los impactos de alta frecuencia, en particular los generados por elementos rodantes defectos de los cojinetes. Se mide detectando el pico de respuesta de aceleración de alta frecuencia que se produce cuando los elementos rodantes chocan contra defectos en las pistas del rodamiento, y sirve como indicador de alerta temprana de daños en el rodamiento, con una sensibilidad superior a la del nivel de vibración general o incluso al análisis de frecuencia estándar.
Esta técnica está estrechamente relacionada con la Método de pulso de choque (SPM). Ambos se centran en los breves picos de aceleración de gran amplitud que se producen cuando las bolas o los rodillos chocan spalls, grietas o fosas, lo que permite detectar defectos en los rodamientos meses antes que con los métodos convencionales de monitorización de vibraciones.
1. Los fundamentos físicos
Cómo se producen los impactos en los rodamientos
Cuando un elemento rodante choca contra un defecto del rodamiento, se produce una rápida sucesión de acontecimientos:
- Se produce un impacto breve y de gran intensidad, que dura solo unos microsegundos.
- Ese impacto excita las resonancias de alta frecuencia de la estructura del rodamiento, normalmente entre 5 y 40 kHz.
- Se produce una breve ráfaga de oscilaciones resonantes de alta frecuencia.
- La energía se concentra en un pico de corta duración.
- La energía del pico mide el contenido energético de ese pico.
Los impactos se repiten a la frecuencia pertinente frecuencia de fallo del rodamiento, por lo que la tasa de picos es en sí misma un indicador diagnóstico una vez que el defecto ha madurado lo suficiente como para poder analizarlo espectralmente.
¿Por qué centrarse en las altas frecuencias?
- Los impactos de los rodamientos transmiten su energía principalmente a altas frecuencias.
- Las vibraciones de baja frecuencia, como el desequilibrio, no contribuyen a la aparición de picos.
- Por lo tanto, la medición de alta frecuencia aísla los eventos generados por los cojinetes.
- Esto proporciona una relación señal-ruido mucho mejor para detectar defectos incipientes en los rodamientos.
2. El método de medición
Instrumentación
- Acelerómetro de alta frecuencia: un sensor de amplio ancho de banda (>30 kHz).
- Sensor resonante: Algunos sistemas utilizan deliberadamente el acelerómetro resonancia (alrededor de 32 kHz) para amplificar los impactos.
- Filtro de paso de banda: normalmente entre 5 y 40 kHz, para aislar las frecuencias de impacto.
- Detector de picos: registra la aceleración máxima en cada impacto.
- Cálculo energético: la integral de la aceleración al cuadrado durante el tiempo de impacto.
Dado que la banda de trabajo es tan alta, la medición es extremadamente sensible a la forma en que se coloca el sensor; véase «sensor» montaje por qué es imprescindible utilizar aquí un perno o una base magnética limpia, y no una sonda de mano.
Unidades y escala
- Expresado en decibelios (dB) con respecto a un nivel de referencia.
- Una escala típica va de 0 a 60 dB.
- A veces se expresa como gSE: energía del pico en unidades de g.
- La escala logarítmica permite abarcar el amplio rango dinámico de la energía de impacto.
3. Criterios de interpretación y gravedad
Niveles de gravedad típicos
- Buen estado (< 20 dB): Energía de impacto mínima, cojinete en buen estado con lubricación normal, no se requieren medidas correctivas.
- Estado aceptable (20-35 dB): alguna actividad de impacto, desgaste incipiente o inicio de un defecto; realice un seguimiento más frecuente y planifique el mantenimiento en un plazo de 3 a 6 meses.
- Mal estado (35-50 dB): Efecto energético significativo, presencia de defectos activos; intensificar la supervisión a una frecuencia semanal o diaria y planificar la sustitución en las próximas semanas.
- Situación crítica (> 50 dB): Energía de impacto muy elevada, daños graves; se recomienda su sustitución inmediata, ya que existe un riesgo real de fallo repentino.
Estas bandas son una forma práctica de asignar gravedad del defecto a partir de una sola lectura, pero deben calibrarse con el tiempo para adaptarse a la máquina y al sensor concretos.
Etapas de vida del rodamiento y energía de pico
- Nuevo rodamiento: energía de pico baja, de unos 10 a 15 dB.
- Desgaste normal: un aumento gradual, de 15 a 25 dB.
- Inicio del defecto: La energía de pico comienza a aumentar, entre 25 y 35 dB.
- Defecto activo: un aumento rápido, de 35 a 50 dB.
- Fallo avanzado: muy alto, > 50 dB — y puede volver a descender a medida que el rodamiento se desintegra y los bordes afilados del defecto se van desgastando hasta quedar lisos.
Ese cambio de tendencia final es la clásica trampa de cualquier parámetro basado en un único valor: una lectura a la baja no implica necesariamente una recuperación, por lo que la energía de los picos se analiza en su evolución a lo largo del tiempo, y no se interpreta de forma aislada.
4. Ventajas
Detección precoz
- Detecta defectos en los rodamientos entre 6 y 18 meses antes FFT-métodos basados.
- Sensible a las microdesprendeduras y a los daños incipientes.
- Aumenta en las primeras fases del desarrollo del defecto.
- Proporciona el máximo tiempo de antelación para la planificación del mantenimiento.
Sencillez
- Un único valor numérico en dB.
- Fácil de tendencia a lo largo del tiempo.
- Sistema de alarma sencillo basado en umbrales.
- Se requiere una formación mínima para la recopilación de datos.
Eficacia a baja velocidad
- Funciona bien a bajas velocidades donde las mediciones de velocidad son débiles.
- Los impactos siguen generando picos de alta frecuencia independientemente de la velocidad del eje.
- Ideal para equipos de baja velocidad que funcionan a menos de 500 rpm.
5. Limitaciones
Específico del rodamiento
- Sirve principalmente para detectar defectos en los rodamientos.
- No es un método diagnóstico para detectar desequilibrios, desalineaciones o la mayoría de las demás fallas.
- Debe complementarse con otras técnicas para un monitoreo integral.
Sin identificación de fallo específico
- Indica un problema en el rodamiento, pero no especifica qué componente es el afectado: la pista exterior, la pista interior, el elemento rodante o la jaula.
- La identificación específica de fallos requiere análisis espectrales y análisis de envolvente.
- Una sola cifra no ofrece suficiente información para el diagnóstico.
Sensibilidad del sensor y del montaje
- Se necesita un buen sensor de alta frecuencia.
- El método de fijación es fundamental: lo mejor es el montaje con pernos, el imán es aceptable y el soporte de mano no es recomendable.
- La trayectoria de transmisión entre el defecto y el sensor influye en la lectura.
6. Aplicación práctica
Monitoreo basado en rutas
- Toma una lectura rápida de la energía de pico en cada cojinete.
- Identifique los cojinetes que presentan valores elevados.
- Marca esos para un análisis detallado de FFT o de envolvente.
- Inspecciona de forma eficaz numerosos cojinetes en un solo recorrido de inspección.
Tendencias
- Traza la energía de picos en función del tiempo.
- Esté atento a las tendencias alcistas.
- Considera los aumentos rápidos como un indicio de que el daño se está agravando.
- Aprovecha la tendencia para poner en marcha un análisis detallado o tareas de mantenimiento.
El lugar que ocupa Spike Energy junto a otras herramientas
La energía de picos se utiliza mejor para la detección y el análisis de tendencias; cuando un valor es elevado, hay que realizar un seguimiento con los métodos que permiten localizar el defecto. En la práctica, esto significa pasar de un único valor global a un diagnóstico real, captando el espectro, realizando un análisis de la envolvente para el fallo concreto y combinando factor de cresta y curtosis para realizar una evaluación exhaustiva de los rodamientos. Un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A mide el espectro de vibraciones que necesita un técnico para esa fase posterior, y las frecuencias de defecto previstas pueden predecirse de antemano con un Calculadora de la frecuencia de defectos en rodamientos por lo que los picos sospechosos son fáciles de confirmar.
La energía de picos es un valioso indicador del estado de los rodamientos que permite detectar de forma temprana la aparición de defectos mediante una sencilla medición de un solo valor. Aunque carece del nivel de detalle diagnóstico del análisis de frecuencias, su sencillez, su capacidad de detección temprana y su eficacia a bajas velocidades la convierten en un elemento útil de cualquier sistema integral de monitorización de rodamientos y mantenimiento predictivo programa —especialmente para examinar grandes cantidades de rodamientos y poner en marcha un análisis más detallado en cuanto surge un problema.
