Comprensión de los filtros de seguimiento
A filtro de seguimiento — también denominado filtro de seguimiento de orden o filtro sincrónico — es un filtro estrecho filtro pasabanda used in análisis de vibraciones de instrumentos que desplaza automáticamente su frecuencia central para seguir un múltiplo elegido, u orden, de la velocidad de rotación de la máquina. Un «filtro de seguimiento 1×», por ejemplo, se sincroniza continuamente con la frecuencia de la velocidad de funcionamiento, rechazando todo lo demás y dejando pasar únicamente el componente fundamental 1×; un filtro 2× o 3× sigue el doble o el triple de la velocidad de funcionamiento del mismo modo. Como el filtro sigue la velocidad en lugar de situarse en una frecuencia fija, puede medir el amplitud y fase de un componente sincrónico incluso mientras la máquina acelera o decelera. Esto hace que los filtros de seguimiento sean imprescindibles para equipos de velocidad variable, durante el arranque y la descenso transitorios, y para aislar componentes de orden individuales dentro de análisis de pedidos.
1. Funcionamiento de un filtro de seguimiento
El principio básico
- Referencia de velocidad: a tacómetro o fase clave suministra un pulso por revolución.
- Cálculo de frecuencia: el instrumento obtiene la frecuencia de rotación instantánea a partir del intervalo entre dichos impulsos.
- Multiplicación de orden: multiplica esa frecuencia por el número de orden elegido: 1, 2, 3, etc.
- Centrado del filtro: un filtro paso banda estrecho se centra en la frecuencia resultante.
- Ajuste continuo: a medida que cambia la velocidad, la frecuencia central del filtro la sigue sin interrupción.
- Salida: una señal filtrada limpia que contiene únicamente el orden seleccionado.
El truco definitorio es que el filtro está subordinado al tacómetro, de modo que siempre sabe dónde se encuentra en cada momento el orden de interés en el eje de frecuencias —algo que un filtro fijo nunca puede hacer en una máquina cuya velocidad varía.
Características del filtro
- Ancho de banda: típicamente ±2–10% de la frecuencia central.
- Estrechez: rechaza eficazmente las frecuencias adyacentes.
- Tasa de seguimiento: capaz de seguir velocidades en rápida variación.
- Múltiples filtros: los instrumentos modernos pueden rastrear varios órdenes simultáneamente.
2. Aplicaciones
1. Análisis en arranque y parada
Esta es la aplicación principal. A medida que la máquina acelera hasta velocidad nominal o desacelera hasta detenerse a lo largo de su rango de velocidad, un filtro de seguimiento sigue continuamente el componente 1×:
- Rastrear la amplitud y la fase 1× en función de la velocidad durante el transitorio — los mismos datos capturados durante un run-up.
- Generar Diagramas de Bode de amplitud y fase frente a velocidad.
- Identificar velocidades críticas de los picos de amplitud.
- Estimate mojadura a partir del ancho de cada pico de resonancia.
- Rastrear 2× y 3× simultáneamente para revelar múltiples modos.
2. Equipos de velocidad variable
- Mantenga mediciones basadas en órdenes a pesar de una velocidad en constante variación.
- Motores accionados por variador de frecuencia cuya velocidad varía con el proceso.
- Aerogeneradores que responden a ráfagas de viento.
- Equipos de proceso cuya velocidad fluctúa con la carga.
- Seguimiento de tendencias consistente independientemente de las fluctuaciones de velocidad, ya que todo se referencia a órdenes en lugar de frecuencias fijas.
3. Equilibrio
- Rastrear el componente 1× a lo largo del equilibrando procedure.
- Filtrar el contenido no 1× para obtener una lectura más limpia.
- Tomar la medición de fase únicamente en la frecuencia 1×.
- Mejore la precisión rechazando fuentes de vibración no relacionadas.
4. Análisis por orden específico
- Aislar un orden concreto para un estudio detallado.
- Rastrear 2× para monitorizar la progresión de desalineación.
- Follow the blade passing orden en ventiladores y bombas.
- Separar componentes de frecuencia que de otro modo se solaparían.
3. Ventajas de los filtros de seguimiento
Independencia de la velocidad
- Las mediciones mantienen su validez independientemente de cómo varíe la velocidad.
- Los datos de diferentes velocidades pueden compararse en la misma base de orden.
- Imprescindible para cualquier máquina que no mantiene una velocidad constante.
Aislamiento de componentes
- Separa un orden de todas las demás frecuencias presentes.
- Proporciona señales más limpias que un espectro completo FFT.
- Mejora la relación señal-ruido para el orden de interés.
- Permite medir con precisión la amplitud y la fase de ese orden. Este enfoque síncrono está conceptualmente vinculado a promediado sincrónico, que también utiliza el tacómetro para extraer del ruido los componentes bloqueados a la velocidad.
Análisis transitorio
- Sigue los componentes durante los cambios de velocidad sin interrupciones.
- Proporciona medición continua durante la aceleración y la desaceleración.
- No requiere condición de régimen estacionario.
- Revela comportamientos dependientes de la velocidad que una medición estática pasaría por alto.
4. Limitaciones y consideraciones
Requiere un tacómetro
- Es obligatoria una referencia de velocidad precisa.
- La calidad de la señal del tacómetro limita directamente el rendimiento del filtro.
- No puede utilizarse en equipos sin referencia de velocidad.
- El pulso de una vuelta por revolución debe ser fiable; de lo contrario, el seguimiento se desvía.
Solo rastrea componentes sincrónicos
- No se capturan los fallos no síncronos, incluida la mayoría de defectos de los cojinetes, que producen vibración asíncrona.
- Las frecuencias de la red eléctrica no se rastrean.
- La vibración aleatoria y de banda ancha queda filtrada.
- Se necesita un análisis complementario para obtener un diagnóstico completo.
Compensaciones en el ancho de banda del filtro
- Filtro estrecho: mejor rechazo de frecuencias adyacentes, pero respuesta más lenta a los cambios de velocidad.
- Filtro ancho: rastreo más rápido, aunque puede admitir componentes próximos.
- Óptimo: un ancho de banda del 5–10 % es adecuado para la mayoría de las aplicaciones, equilibrando selectividad y velocidad de seguimiento.
5. Filtro de seguimiento frente a FFT
Un filtro de seguimiento y una FFT son herramientas complementarias, no competidoras. La FFT muestra el espectro completo a una velocidad fija; el filtro de seguimiento sigue un orden a lo largo de los cambios de velocidad. La tabla resume en qué destaca cada uno.
| Característica | Análisis FFT | Filtro de seguimiento |
|---|---|---|
| Requisito de velocidad | Funciona a cualquier velocidad | Requiere un tacómetro |
| Variación de velocidad | Requiere velocidad constante | Maneja velocidades variables |
| Información | Espectro completo, todas las frecuencias | Una sola orden |
| Fallos no sincrónicos | Detecta todos los fallos | No detecta los fallos no síncronos |
| Análisis transitorio | Difícil | Excelente |
| Mejor para | Diagnóstico general, estado estacionario | Análisis a velocidad crítica, velocidad variable |
6. Implementaciones modernas
Filtros de seguimiento digitales
- Implementado por software dentro de los analizadores modernos.
- Rastrean múltiples órdenes simultáneamente: 1×, 2×, 3× de forma concurrente.
- Ofrecen un ancho de banda ajustable.
- Visualización en tiempo real durante los transitorios.
Integración con el análisis de órdenes
- Los filtros de seguimiento constituyen la base del análisis de órdenes completo.
- Se extrae el espectro de órdenes completo, todas las órdenes a la vez.
- Los resultados se presentan como mapas de color de orden frente a velocidad, estrechamente relacionados con el waterfall y cascada displays.
- Las velocidades críticas pueden detectarse automáticamente a partir de los datos de seguimiento de órdenes.
7. Filtros de seguimiento en el equilibrado en campo
En un instrumento portátil, el filtro de seguimiento es lo que mantiene la fiabilidad de una medición de equilibrado cuando la velocidad no permanece perfectamente estable. Al dejar pasar únicamente el orden 1× y rechazar todo lo demás, proporciona al software un vector limpio de amplitud y fase con el que trabajar. El Balanset-1A utiliza exactamente este enfoque: su pulso de tacómetro define la velocidad de funcionamiento, el componente sincrónico 1× se extrae en los propios cojinetes de la máquina a velocidad de operación, y el vector resultante impulsa los cálculos de masa de prueba y corrección — y luego confirma la vibración residual tras la corrección. El filtro de seguimiento es el mecanismo silencioso que hace que esos valores sean repetibles en maquinaria real con ligeras irregularidades de velocidad.
Los filtros de seguimiento son herramientas especializadas pero potentes, especialmente para la dinámica de rotores y los equipos de velocidad variable. Al mantener el foco en un orden elegido mientras la velocidad varía, permiten el análisis transitorio y la monitorización independiente de la velocidad que las técnicas FFT convencionales no pueden igualar — razón por la cual siguen siendo fundamentales para la identificación de velocidades críticas y el diagnóstico avanzado de maquinaria.
