Autocorrelación: identificación de señales de vibración de máquinas

La autocorrelación es una herramienta de identificación de defectos en las máquinas que, a partir del análisis del dominio del tiempo, correlaciona las formas de onda con ellas mismas para calcular un factor de correlación en cada instante de tiempo.

La caracterización del período es la base de la técnica de análisis de vibraciones en el mantenimiento predictivo.

Cuando las máquinas rotativas muestran signos de falla, la mayoría de los defectos presentan características periódicas, tales como:

• cada paso de un elemento rodante sobre una grieta en la pista exterior de un rodamiento;
• cada engranaje de un diente defectuoso en un conjunto corona-piñón de un reductor;
• cada revolución de una masa desbalanceada presente en el rotor;
• el paso de cada pala de un ventilador agrietado a través de un punto de referencia fijo.

Con la información geométrica, constructiva y operativa de los componentes, es posible determinar el período y, por tanto, la frecuencia con la que ocurren estos eventos.

A partir de la determinación de período y frecuencia, se utiliza la autocorrelación de la forma de onda, ya que cambia cuando aparece un defecto en una máquina rotativa.

Cuando se nota este cambio, se pasa a un nivel de análisis más detallado para confirmar la existencia de un defecto y definir modos de falla y recomendaciones de acción.

El resultado de usar la herramienta es una forma de onda auto correlacionada que indica la presencia de eventos periódicos en la señal de vibración, ya que el valor máximo del factor de autocorrelación tiende a 1 para una señal periódica y la autocorrelación es periódica.

Por otro lado, si la señal es aleatoria, el valor máximo del factor de autocorrelación tiende a 0 y la autocorrelación es aleatoria.

Análisis de anomalías de forma de onda y autocorrelación

Las figuras siguientes muestran etapas progresivas en la evolución de una falla en la pista externa de un rodamiento, ubicado en un rodamiento de un tambor de descarga de una apiladora-retomadora, operando a 60 rpm y los efectos se observan en la forma de onda de aceleración y en su autocorrelación.

13 de julio

Con el rodamiento sin falla, el RMS de la forma de onda del eje axial es 0.0276g y el de la autocorrelación es 0.0510g.

Los eventos periódicos de rodamiento no tienen energía relevante en la señal de vibración y la autocorrelación es predominantemente aleatoria.

31 de julio

Cuando el defecto está en su fase incipiente, no es evidente ningún cambio en la forma de onda.

El aumento de RMS de la forma de onda es del 6,5% en la dirección axial.

Ya la señal de autocorrelación está visiblemente alterada: se vuelve periódica, su RMS aumenta en un 91% en la dirección axial y el peak positivo del factor de correlación supera 0,25 en varios momentos.

29 de agosto

En esta etapa, el defecto comienza a notarse en la forma de onda, que también comienza a presentar una característica periódica y una evolución relevante de RMS – 411% en comparación con la etapa anterior en la dirección axial.

Aunque esta es una característica de falla más evidente y asertiva, solo se notó en la forma de onda aproximadamente 1 mes después de los cambios identificados en la autocorrelación.

Esto, a su vez, se vuelve predominantemente periódico y su peak positivo supera el valor de 0,85 en todos los ciclos.

Como puede ver, la autocorrelación es una gran herramienta para monitorear el estado de los activos industriales, ya que puede alertar al analista de vibraciones sobre la existencia de una condición anómala con mucha anticipación.

Cuando se agrega a otras herramientas de análisis de vibraciones, como la forma de onda circular, el potencial de autocorrelación se vuelve aún más evidente.

La siguiente figura muestra cómo la forma de onda de autocorrelación circular, en el caso ejemplificado anteriormente, evoluciona desde el 13 de julio, sin defecto, hasta el 29 de agosto, con un defecto de alta severidad.

13 de julio

La forma de onda de autocorrelación circular no tiene oscilaciones.

29 de julio

La forma de onda de autocorrelación circular muestra 4 oscilaciones cada giro de 0.0686 s. Esta duración de vuelta es equivalente a 14,5 Hz, que corresponde a la frecuencia de falla en la pista externa del rodamiento.

Las 4 oscilaciones ocurren durante un período de 0,97 s, lo que equivale a 58 Hz, que es el cuarto armónico de la frecuencia de falla en la pista externa del rodamiento.

Para permitir análisis como los llevados a cabo hasta ahora, Dynamox ahora hace que la autocorrelación de formas de onda esté disponible en la Plataforma Web Dynamox, en el navegador del cliente, utilizando datos almacenados en la nube y completamente en línea.

Permite el análisis de señales de aceleración, velocidad y desplazamiento sin procesar o filtradas digitalmente, el uso de cursores de período y la manipulación del gráfico con diferentes herramientas, facilitando la identificación de eventos periódicos y la determinación de la frecuencia de estos eventos.

Además, puede ver y manipular la forma de onda de autocorrelación circular como se describe en este artículo.

Acceso

La autocorrelación está disponible en las páginas de Comparación Espectral y Espectral. Puede habilitarse o deshabilitarse haciendo clic en el botón de alternancia ubicado en la esquina superior derecha de estas páginas.

La forma de onda de autocorrelación circular se puede habilitar o deshabilitar con la palanca ubicada en la esquina superior izquierda del gráfico de autocorrelación.

Herramientas de Procesamiento de Señales

Dado que la autocorrelación depende totalmente de la forma de onda, cuando se aplica cierto procesamiento a la señal, se refleja en la autocorrelación.

Por lo tanto, si aplicamos un filtro de paso bajo con un corte de 300 Hz en la señal, la autocorrelación resulta de la señal filtrada.

Asimismo, si se realiza una transformación a velocidad o desplazamiento, se refleja en la autocorrelación.

Herramientas de Análisis

Todas las herramientas disponibles para ayudar en el análisis de formas de onda también están disponibles para el análisis de autocorrelación en la esquina superior derecha del gráfico.

Por lo tanto, es posible aplicar diferentes tipos de zoom, arrastrar, establecer límites de eje, aplicar cursor de período, agregar anotaciones, mostrar u ocultar estadísticas y cuadrícula de referencia.

Continúe navegando y lea más sobre las herramientas para formas de onda circulares y espectro en cascada, gráficos interactivos y personalizados que ayudan en el análisis de fallas en activos industriales, a través de la Plataforma Web Dynamox.