Análisis del espectro de vibraciones: lectura de la FFT para diagnosticar fallas es la práctica de convertir la forma de onda de vibración cruda de una máquina en un espectro de frecuencia para que cada falla mecánica pueda identificarse por la frecuencia en la que aparece su energía.
Una máquina rotativa vibra a frecuencias vinculadas a su velocidad de funcionamiento y a su geometría interna.
Al descomponer la señal, un analista puede separar el desbalance de la desalineación, la holgura de un rodamiento que está fallando, y un tren de engranajes sano de otro que está perdiendo dientes, a menudo semanas antes de que la falla se haga audible o destructiva.
Un sensor de vibración produce una señal en el dominio del tiempo: amplitud frente al tiempo. Por sí sola es difícil de leer. La Transformada Rápida de Fourier (FFT) es un algoritmo eficiente que resuelve la forma de onda en los componentes senoidales individuales que la componen. La salida es un espectro: amplitud frente a frecuencia, donde cada pico marca una fuente de vibración discreta.
Dos parámetros gobiernan lo que el espectro puede revelar. El rango de frecuencia (frequency span) establece la frecuencia más alta capturada, y el número de líneas de resolución determina con qué detalle pueden separarse picos estrechamente espaciados.
Dado que las fallas se expresan mejor como múltiplos de la velocidad del eje, los analistas comúnmente trazan el eje x en órdenes, donde 1x equivale a la velocidad de rotación en hercios (RPM dividido por 60).
La misma vibración puede expresarse de tres maneras, y la elección determina qué fallas destacan.
Para evaluar la condición general frente a un umbral, consulte ISO 10816-3 severidad de vibración, que establece límites de velocidad por clase de máquina y montaje.
El desbalance de masa produce un pico limpio y dominante exactamente en 1x la velocidad de rotación, radial en dirección, con relativamente poca energía en otras partes. La amplitud aumenta con el cuadrado de la velocidad, y la fase es constante. Un único pico 1x alto con armónicos bajos es la firma clásica de desbalance.
La desalineación entre ejes acoplados típicamente eleva el pico a 2x la velocidad de rotación y, lo que es importante, produce fuerte vibración axial, porque el acoplamiento obliga a los ejes a flexionarse una y dos veces por revolución. Cuando la amplitud axial en 1x o 2x se aproxima o supera la amplitud radial, sospeche desalineación o un eje doblado.
La holgura mecánica produce una larga serie de armónicos de la velocidad de rotación: 1x, 2x, 3x, 4x y más allá. La holgura estructural y los ajustes desgastados también pueden generar subarmónicos de medio orden como 0.5x, 1.5x y 2.5x.
Los defectos en rodamientos de elementos rodantes aparecen como energía no sincrónica, es decir, picos en frecuencias que no son múltiplos enteros de la velocidad de rotación.
Cada defecto tiene su propio tono: frecuencia de paso de bolas de la pista exterior (BPFO), frecuencia de paso de bolas de la pista interior (BPFI), frecuencia de giro de las bolas (BSF) y frecuencia fundamental de la jaula (FTF).
Estos comienzan como picos de baja amplitud a alta frecuencia sobre un ruido de banda ancha elevado; las matemáticas se exponen en frecuencias de defectos de rodamientos .
Los engranajes vibran a la frecuencia de malla de engranajes (GMF), igual al número de dientes multiplicado por la velocidad de ese eje. Una malla sana muestra un pico GMF moderado; una falla en desarrollo eleva el GMF y lo rodea con bandas laterales espaciadas a la velocidad de rotación del engranaje defectuoso.
El crecimiento de las bandas laterales es un indicador contundente de daño localizado en los dientes, como se explica en frecuencia de malla de engranajes .
| Falla | Frecuencia característica | Dirección dominante | Pista espectral |
|---|---|---|---|
| Desbalance de masa | 1x RPM | Radial | Un único 1x alto, armónicos bajos |
| Desalineación angular | 1x y 2x RPM | Axial | 1x o 2x axial altos |
| Desalineación paralela | 2x RPM | Radial | 2x a menudo excede a 1x |
| Eje doblado | 1x y 2x RPM | Axial | Axial dominante, fase constante |
| Holgura mecánica | 1x más muchos armónicos; a veces subarmónicos 0.5x | Radial | Larga serie de armónicos |
| Pista exterior del rodamiento | BPFO (no entero respecto a RPM) | Radial | No sincrónico, alta frecuencia |
| Pista interior del rodamiento | BPFI (no entero respecto a RPM) | Radial | Bandas laterales en 1x |
| Defecto en diente de engranaje | GMF = dientes x RPM del eje | Radial y axial | Bandas laterales a la velocidad de rotación |
| Whirl por aceite (cojinete liso) | 0.42x a 0.48x RPM | Radial | Pico sub-síncrono |
Un único espectro te dice el estado actual; una línea base te dice qué cambió. Registre un espectro de referencia cuando se sepa que la máquina está sana, y luego haga seguimiento del nivel general y de los picos individuales a lo largo del tiempo con la misma velocidad, carga y punto de medición.
La consistencia es esencial: use la misma ubicación del sensor, orientación y montaje cada vez, porque los sensores sueltos o sostenidos en mano distorsionan el contenido de alta frecuencia.
Aquí es donde la recopilación basada en rutas se conecta con el flujo de trabajo de mantenimiento más amplio.
Introducir lecturas de vibración en Fabrico permite a los equipos seguir la tendencia de cada punto de medición frente a su línea base y desencadenar automáticamente una orden de trabajo basada en condición cuando un pico supera su límite de alarma
de modo que un tono creciente de rodamiento se convierta en una reparación programada en lugar de una avería no planificada. Reserve una demostración de Fabrico para ver el flujo de ruta a orden de trabajo.
La velocidad es aproximadamente plana en amplitud a lo largo de la banda media donde residen la mayoría de las fallas de máquinas rotativas, por lo que un único umbral de velocidad cubre razonablemente el desbalance, la desalineación y la holgura. Por eso los estándares de severidad están escritos en mm/s RMS.
El desbalance se sitúa exactamente en 1x la velocidad de rotación y es sincrónico. Los defectos de rodamiento aparecen en frecuencias no sincrónicas que no son órdenes enteras de la velocidad de rotación, junto con un aumento de la energía de banda ancha a alta frecuencia. Si los picos sospechosos no se alinean con órdenes enteras, sospeche un rodamiento.
Ajuste el rango para capturar la frecuencia más alta de interés, típicamente varios múltiplos de la frecuencia de malla de engranajes o de las frecuencias de defecto de rodamientos, y utilice suficientes líneas de resolución para separar picos estrechamente espaciados como las bandas laterales de la GMF. Una resolución demasiado baja difumina tonos adyacentes en un único pico y oculta fallas incipientes.
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