En la realidad, los datos de forma de ondas de tiempo son fáciles de reunir, fáciles de interpretar, y puede contener información que no está disponible en el espectro. El análisis de la forma de ondas de tiempo es especialmente útil al probar cajas de engranaje y máquinas de muy baja velocidad y al diagnosticar la holgura, fallas de cojinete, cavitación y rozamiento.
¿Que es la Forma de Onda de Tiempo?
Cuándo usted reúne los datos de vibración de un cojinete, el recolector de datos digitaliza primero la señal analógica del acelerómetro, y entonces realiza la transformada rápida de Fourier (FFT) para producir el espectro. El recolector de datos repetirá este procesa varias veces, promediando los espectro juntos, teniendo como resultado un espectro promediado. Ese espectro es almacenado en el recolector para el análisis posterior. Muchas personas creen que el espectro contiene toda la información que usted posiblemente podría necesitar de la máquina. Eso simplemente no es verdad.
La forma de ondas del tiempo es la señal digitalizada que es utilizada por el recolector de datos para realizar el cálculo de FFT. Por ejemplo, si usted reúne un espectro de 800 líneas, el recolector de datos reunirá una forma de ondas de tiempo con 2048 muestras (números). Normalmente estos datos son desechados por el recolector de datos después de que el cálculo de FFT ha sido realizado.
Si usted opta por guardar la forma de ondas de tiempo para el análisis posterior, los 2048 números también son guardados en el recolector de datos. Los datos serán guardados en la base de datos del software y pueden ser vistos en la pantalla.
Hace mucho, los recolectores de datos tenían una memoria muy limitada, así que el analista optaba por no guardar la forma de ondas de tiempo para poder tener más memoria. Pero la mayoría de los recolectores de datos modernos tienen una memoria muy amplia, y una forma de ondas de tiempo sólo requerirá unos pocos kilobytes – que es casi nada hoy en día.
También algunas personas tienen la impresión que la toma más tiempo reunir medidas de forma de ondas de tiempo. Sin embargo, dado que el recolector de datos tiene que reunir la forma de ondas de tiempo de todos modos, no toma ningún tiempo extra. (Luego discutiremos las razones de por qué usted quizás quiera reunir una forma de ondas de tiempo por separado, pero es una medida muy rápida en cualquier caso).
¿Qué es el análisis de forma de ondas de tiempo?
El análisis de la forma de ondas de tiempo es el proceso de estudiar los datos de forma de ondas para buscar pautas que pueden indicar una condición de defecto. Las formas de ondas de tiempo muestran precisamente cómo la vibración cambia de una fracción de segundo a otra. Cada vez que los dientes del engranaje engranan, o los balines pasan a través de grietas en las carreras de los cojinetes, o las burbujas implotan durante la cavitación, la vibración cambiará – justo por una fracción de segundo. La forma de ondas de tiempo capta esos cambios instantáneos.
¿Por qué realizar el análisis de forma de ondas de tiempo?
Este no es el lugar para explicar el proceso de FFT. Sin embargo vale la pena mencionar que el proceso de FFT es excelente para captar acontecimientos lineales periódicos. Los eventos en los datos que son lineales y periódicos serán representados por picos en el espectro. Por ejemplo, si una máquina esta fuera-de-balance, o hay un problema de alineación, o en un rotor, la amplitud de vibración sube y cae periódicamente.
Cuándo nosotros vemos picos 'limpios y fuertes' en el espectro podemos estar seguros que había fuentes de vibración periódica (Vea la Figura 2). Si vemos bandas laterales, es probable que la fuente periódica de vibración subiera periódicamente y cayera en la amplitud. En este caso, el análisis de forma de ondas de tiempo es útil, pero podemos prescindir de él.
Sin embargo, cuando vemos armónicos, un aumento de ruido en el piso, picos anchos, y/o "pistas de esquí" en el espectro, las oportunidades son que la vibración no fue enteramente lisa (lineal) y periódica. En su lugar puedo haber habido impactos, transitorios, ráfagas aleatorios de energía, variación de la velocidad de la máquina y/o otras fuentes de vibración no-periódicas o no lineales.
La mayoría de los analistas procurarán interpretar estas pautas del espectro solas. Por ejemplo, un ruido del piso puede ser interpretado como holgura. Una "pista de esquí" puede ser interpretada como un transductor malo. Un área levantada alrededor de las paletas de la bomba puede ser interpretada como cavitación.
Ahora bien, el analista puede estar en lo correcto. De experiencia pasada y de otra evidencia, el analista puede poder diagnosticar la condición del espectro. Pero cada analista debe estar dispuesto a considerar los métodos que aumentan la probabilidad de un diagnóstico exacto, y el análisis de forma de ondas de tiempo es uno de estos métodos.
Asumiendo que la configuración de medida es satisfactoria, la forma de ondas de tiempo proporcionará indicaciones claras de impactos, de los transitorios, de la modulación, de golpeteo, y de las ráfagas de energía. Las formas de ondas del tiempo lo pueden ayudar a diagnosticar una gran variedad de condiciones de defecto incluyendo daño en cojinetes, holgura, daño de engranaje, cavitación, y la razón para errores de medida. El análisis de la forma de ondas de tiempo es también muy útil al analizar máquinas de muy baja velocidad.
Ejemplos de Análisis de forma de ondas de tiempo
Veamos unos cuantos ejemplos donde el análisis de forma de ondas de tiempo reveló información que de otro modo se habría perdido con sólo el análisis de espectro.
En la Figura 3, podemos ver claramente que hay dientes dañados en la caja de engranaje, lo que probo ser correcto cuando se abrió la caja. El espectro no proporcionó ninguna evidencia que allí hubiera dientes dañados. (Gracias a Larry Massey para la muestra).
La figura 4 es un ejemplo de un tipo diferente. Si usted mira este espectro ¡nunca se imaginaría que los niveles máximos en la forma de ondas de tiempo fueron 10 G!
En el ejemplo mostrado en la Figura 5, usted puede ver evidencia de modulación. La carrera interior del cojinete fue dañada. La amplitud de la vibración sube y cae mientras el área dañada se mueve dentro y fuera de la zona de carga.
Si usted examina la forma de ondas en la Figura 5 de cerca, puede ver que los pulsos no son espaciados uniformemente. La bomba cavitaba. El espectro mostró indicaciones de cavitación, pero la forma de ondas lo demostró.
Hay muchos ejemplos más que se podrían presentar, todo demostrar la capacidad de la forma de ondas de tiempo a revelar información que no habría sido conocida con el espectro solo, o para proporcionar apoyo de evidencia a la hipótesis establecida al estudiar el espectro.
Técnicas de Análisis
Hay dos aspectos básicos del análisis de la forma de ondas de tiempo. Primero, por mirar simplemente los datos usted puede conseguir una indicación clara de la naturaleza de la vibración. Por ejemplo, fue la forma de ondas suave o hubieron pulsos transitorios o aleatorios; hubo un pulso por revolución o múltiples pulsos, etcétera. Esta forma de observación le permite comprender mejor la naturaleza de la vibración, y así, la naturaleza de la condición de defecto.
Segundo, es necesario identificar la fuente de cualquier transitorio o pulso. Determinando el tiempo entre cada evento (o período, vea la Figura 7), podemos computar la frecuencia (frecuencia es la cantidad recíproca del período). De la frecuencia lo podemos empatar con la fuente: velocidad operacional, frecuencia de la cara interna del cojinete, frecuencia de engranaje, etc.
Tomemos un pequeño ejemplo primero. En la parte superior de la Figura 8, podemos ver claramente una señal fuerte sinusoidal. Si colocamos el cursor en la forma de ondas de tiempo conseguiremos un tiempo relativo al principio del registro (Figura 8, final).Realmente no nos importa lo que es el tiempo. La importancia del valor del tiempo es que nos permite medir la diferencia de tiempo entre dos acontecimientos.
Tomemos el tiempo entre dos ciclos. Podemos ver que las muestras están en 0.0141 segundos y 0.0308 segundos. La diferencia es 0.0167 segundos. Sabemos que la frecuencia es la cantidad recíproca del período, así que la frecuencia debe ser 1/0.0167 o 59.88 Hz (3593 CPM). Ahora veamos una forma de onda más complicada. En la Figura 9, podemos ver que hay puntas en la forma de ondas de tiempo. Si miramos en la muestra-tiempo de cualquiera de los dos pulsos vecinos, y entonces computamos la diferencia en el tiempo, tenemos el tiempo entre los dos acontecimientos.
En este caso la diferencia es de 0.0109 segundos. Esto sugeriría que el período de esta fuente de vibración es de 0.0109 segundos. La frecuencia es por lo tanto 1/0.0109 o 91.74 Hz (5504 CPM). La velocidad corriente de esta máquina es de 1776 CPM, así que esta señal es 3.099X la velocidad operacional.
En el espectro nosotros también encontramos un pico en esta frecuencia (ver Figura 10). En este caso nosotros tenemos verificación – había un pico en el espectro en la misma frecuencia. Esto no es siempre el caso, y por eso, este método es tan poderoso.
Configuración para la toma de medidas
La manera en la que la forma de ondas de tiempo es medida tiene un cojinete grande en cuán útil los datos serán. Por supuesto, usted siempre puede volver a la máquina para reunir más datos, pero será más eficiente reunir todo que es probable que necesite durante la prueba rutinaria.
Hay tres maneras de reunir los datos de forma de ondas de tiempo:
1. La opción más fácil es de guardar simplemente la forma de ondas que fue utilizada para computar el FFT (espectro). El recolector de datos tiene la forma de ondas en la memoria, así que usted lo puede guardar para análisis posterior. Discutiré momentáneamente, que este tipo de forma de onda "predefinida" puede o no puede ser útil.
2. Si la forma de ondas "predefinida" no es ideal para propósitos de análisis, algunos recolectores de datos le permiten agregar una prueba separada de forma de ondas durante su inspección de rutina. Una vez que la medida de espectro esta completa, el recolector de datos adquirirá automáticamente una forma de onda de tiempo con ajustes diferentes. No debe agregar mucho tiempo a su ruta.
3. Para completar, debo mencionar que algunos recolectores de datos le permiten realizar pruebas especiales que captan una forma de ondas de tiempo que puede representar muchos minutos de datos de vibración. Esta prueba puede ser utilizada para captar la vibración de una máquina ya sea al arrancar o al parar, o durante algún otro acontecimiento transitorio. El software entonces le debe permitir analizar los datos de forma de ondas de tiempo en su totalidad y extraer pequeños "bloques" de datos para el espectro detallado o análisis de forma de ondas de tiempo.
La configuración utilizada para adquirir el espectro dicta la configuración utilizada para recabar la forma de ondas de tiempo. Esta configuración, a cambio, dicta lo que usted aprenderá de la forma de ondas de tiempo. La figura 11 nos da un buen ejemplo. La forma de ondas superior fue adquirida cuando el espectro fue configurado para 800 líneas y un Fmax de 500 Hz. Hay 2048 muestras de más de 1.6 segundos.
En la forma de ondas inferior de la Figura 11, la configuración fue cambiada a 6400 líneas, con el mismo Fmax. Ahora hay 16384 muestras de más de 12.8 segundos. La caja en el gráfico indica solo 1.6 segundos y 2048 muestras – es decir lo mismo que la forma de ondas anterior.
Así que usted puede ver que la segunda forma de ondas revela algo que es muy importante, sin embargo requirió de 13 segundos de tiempo adicional de recolección de datos.
Comprendiendo la Configuración
Hasta este punto del análisis de forma de ondas de tiempo ha sido bastante recto. Ahora, esto es donde llega a ser un poco complicado…
Cuándo usted selecciona una configuración Fmax para su espectro, el recolector de datos determina la "frecuencia apropiada de muestra" – el número de muestras completas por segundo. Por ejemplo, cuando usted selecciona un Fmax de 1000 Hz la frecuencia de muestra es de 2560 muestras por segundo. Todo lo que usted tiene que hacer para computar la muestra es multiplicar el Fmax por 2.56.
Cuándo usted selecciona las líneas de resolución (LOR por sus siglas en ingles) para su espectro, el recolector de datos determina el número de muestras que deben ser adquiridas para computar el espectro. Por ejemplo, un espectro de 800 líneas es computado de una forma de ondas de tiempo con 2048 muestras. Todo usted tiene que hacer es computar el número de muestras es multiplicar el número de líneas (LOR) por 2.56.
Así, ahora que sabemos el número de muestras que necesitan para ser reunido, y sabemos la frecuencia de muestra (número de muestras adquiridas por segundo), podemos determinar el plazo de tiempo que lo toma para adquirir la forma de ondas de tiempo.
Sin aburrirle con todas las ecuaciones, la solución es dividir simplemente las líneas de resolución por el Fmax. Por lo tanto, si escogemos una resolución de 800 líneas, y un Fmax de 1000 Hz, la forma de ondas de tiempo tomará 0.8 segundos (800/1000). La formula es:
Longitud de la Medida = LOR/Fmax
Como puede ver, cuando el Fmax es más alto, la medida toma menos tiempo. Cuándo usted aumenta la resolución, la medida toma más tiempo. Pero, ¿por qué es esto importante?
Utilizaremos la forma de ondas de tiempo para estudiar los acontecimientos que ocurren mientras el eje gira, los engranajes engranan, y los balines corren por las carreras. Queremos reunir suficientes datos para ver por lo menos diez rotaciones del eje, y deseamos reunir suficientes datos para ver los acontecimientos con todo detalle.
Muchos recolectores de datos no le permiten poner específicamente la longitud de la forma de ondas y la muestra de la frecuencia. En lugar usted debe poner el Fmax y LOR. Para seleccionar el Fmax apropiado para que usted pueda ver el número deseado de rotaciones del eje, puede realizar simplemente el siguiente cálculo:
Fmax=
LOR x Velocidad de la Máquina/Numero de Revoluciones
(Nota: Fmax y la velocidad de la maquina deben de estar ya sea en unidades de Hz o en unidades de RPM o CPM.)
Direcciones para la toma de medidas y Almacenamiento
La otra pregunta que tendrá que hacerse si reunirá los datos de forma de ondas de tiempo con cada espectro que reúne o solo un eje en cualquiera de un componente (motor, bomba, etc.).
En la opinión del autor, el' costo' asociado con reunir los datos de forma de ondas de tiempo es tan pequeño que usted siempre debe reunir formas de ondas de tiempo. Como se señalo previamente, la forma de ondas de tiempo tiene que ser reunida para computar el FFT (el espectro), así que usted también quizás guarde los datos.
Sin embargo, si usted ha escogido una configuración para la forma de ondas de tiempo que es diferente a la configuración para sus espectros, entonces usted puede preferir reunir la forma de ondas en sólo un eje en cada cojinete para reducir el tiempo de recolección de datos.
Escogiendo la Unidad de Vibración
En general, si usted utiliza un acelerómetro entonces usted debe dejar la forma de ondas en unidades de G's (o mm/s/s) en vez de IPS (o mm/sec). Cuando se usan pinzas de proximidad, usted debe utilizar unidades de mils (o micra). Es mejor utilizar la vibración "cruda" sin filtrar. Algunos software de análisis de vibración le permiten cambiar de la aceleración a la velocidad durante el análisis, y esto tendrá el efecto de "atenuar" las señales más altas de frecuencia.
Conclusión
Espero que usted haya visto cómo el análisis de forma de ondas de tiempo le puede ayudar a diagnosticar una gran variedad de condiciones de defecto con un nuevo nivel de certeza y confianza. No es difícil ni consume tiempo reunir los datos, y el proceso de análisis no es complicado. El análisis de la forma de ondas de tiempo no es requerido en todas las situaciones, sin embargo en la situación correcta; es un instrumento muy poderoso.
Jason Tranter es el fundador de Mobius (en 1999) y el Instituto Mobius (en 2004). Jason desarrolló el iLearnVibration y el iLearn Alignment sistemas de capacitación basados en computación, que ahora es utilizado por las compañías en más de 65 países y ha sido traducido al español, chino, coreano y francés. Jason ganó su Licenciatura en Ingeniería Eléctrica/Electrónica (con honores) en 1983. El formó su primer negocio, ARGO, en 1986 y desarrolló la serie ALERTA de productos de software de análisis de vibración. El vendió ARGO a DLI en 1990. Fue Director de Productos de Vibración para DLI. El siguió ofreciendo consultoría con DLI hasta que en 1999 ayudó a desarrollar ExpertAert. Jason puede ser contactado en Australia al +61 3 5989 7285 o por email en jason@iLearnInteractive.com
