Fundamentos Esenciales de Vibración y Procesamiento de Señales en Maquinaria Industrial

Causas Principales de Fuerzas Repetitivas en Maquinaria Industrial

Las fuerzas repetitivas en maquinaria pueden originarse por diversas causas, afectando el rendimiento y la vida útil de los equipos. A continuación, se detallan las principales:

Máquinas Desequilibradas

• Errores de mecanizado.
• Densidad del material no uniforme.
• Variación en el tamaño de los tornillos.
• Pérdida de las masas de equilibrado.
• Equilibrado incorrecto.
• Desigualdades en los bobinados de un motor eléctrico.

Máquinas Desalineadas

• Montaje incorrecto.
• Suelo desnivelado.
• Dilatación térmica.
• Distorsiones originadas por el apriete de los tornillos.

Máquinas Desgastadas

El desgaste se debe frecuentemente a:

• Montajes incorrectos.
• Lubricación insuficiente.
• Defectos de fabricación.
• Sobrecargas.

Máquinas Accionadas Incorrectamente

La operación inadecuada también puede generar fuerzas repetitivas.

Medición de la Severidad de la Vibración con un Vibrometro Portátil

La evaluación de la severidad de la vibración en una máquina puede realizarse de manera sencilla utilizando un vibrometro portátil (equipo tipo pencil). Basta con apoyar el transductor que lleva incorporado el equipo sobre la carcasa de la máquina y esperar unos segundos para obtener una medida.

Conceptos Fundamentales en el Procesamiento de Señales de Vibración

Para el correcto procesamiento y la interpretación de las señales vibratorias, es crucial comprender los siguientes términos:

Muestra

Valor digital de cada valor analógico de la señal de entrada. Para el procesamiento de una señal vibratoria, es necesario adquirir y reconstruir dicha señal de la forma más exacta posible. Cada muestra debe durar el mismo tiempo y efectuarse en el mismo intervalo de tiempo.

Bloque

Número de muestras de la señal digitalizada utilizadas para calcular la Transformada Rápida de Fourier (FFT).

Frecuencia de Muestreo

Es la velocidad a la que se realiza el muestreo, es decir, el número de muestras que se toman por segundo.

Tiempo de Registro

Tiempo que se tarda en tomar todas las muestras de un bloque. No es un valor constante, sino que depende de la rapidez con la que se suceden las muestras (tiempo entre dos muestras consecutivas temporalmente).

El Fenómeno de Aliasing: Frecuencia de Muestreo y Frecuencia Máxima de Interés

Cuando se realiza una adquisición de datos, al seleccionar la frecuencia de muestreo, el teorema de muestreo de Nyquist establece que esta debe ser al menos el doble de la mayor frecuencia de interés. En caso contrario, la onda reconstruida no se corresponderá con la original, dando lugar al fenómeno de aliasing.

La frecuencia mínima teórica de Nyquist es a menudo inadecuada para propósitos prácticos, ya que componentes de frecuencia superiores a esta pueden 'engañar' al sistema, presentándose como frecuencias erróneas (muestreados erróneos). Por lo tanto, en casos prácticos, el muestreo se realiza típicamente a una frecuencia 10 veces superior a la frecuencia máxima de interés.

Las frecuencias por debajo de la frecuencia de Nyquist se muestrean correctamente, mientras que las frecuencias mayores que la frecuencia de Nyquist aparecen como aliasing.

Para evitar el fenómeno de aliasing, los instrumentos de adquisición de datos y analizadores disponen de un filtro antialiasing. Este consiste en un filtro de paso bajo que elimina los componentes de la señal que tienen una frecuencia mayor a la frecuencia de corte establecida, previniendo así la distorsión.

Conceptos de Derrame Espectral y Ventaneado

Derrame Espectral (Leakage)

Cuando un bloque de muestra no contiene un número entero de ciclos, la señal deja de ser periódica en el tiempo de registro. Esto provoca que, al aplicar la Transformada Rápida de Fourier (FFT), la energía de una frecuencia específica se 'derrame' o extienda a frecuencias adyacentes en el espectro, en lugar de aparecer como una línea discreta. Este efecto se conoce como leakage o derrame espectral.

Ventaneado (Windowing)

El ventaneado es una técnica utilizada para mitigar el derrame espectral. Consiste en aplicar una función ventana a la señal antes de la FFT. La función ventana más empleada es la ventana de Hanning, que tiene una forma similar a una campana de Gauss y reduce la discontinuidad en los extremos del bloque, minimizando así el derrame.