Los valores pico, pico a pico y RMS en el análisis de vibraciones

En el análisis de vibraciones, interpretar correctamente las señales de un activo y poder actuar en consecuencia es crucial para el éxito del mantenimiento predictivo.

En general, la interpretación consiste en analizar las señales de vibración en el dominio del tiempo, es decir, trazadas en un eje t. De este modo, es posible analizar los cambios o patrones de vibración mediante distintos parámetros.

En este texto comentaremos algunas de las métricas que pueden ayudar a la correcta interpretación de este tipo de señales, ellas son: pico, pico a pico y RMS.

Valor de Pico 

Es el valor de la amplitud más alta presente en la señal, también llamado “Valor de pico verdadero” en muchas plataformas. Su aumento puede indicar la aparición de impactos en la señal.

El valor máximo representa un valor puntual y no tiene en cuenta la energía total de la señal, es decir, cualquier fluctuación o vibración transitoria de mayor valor puede influir en esta métrica.

En el ejemplo siguiente, el rodamiento de un tambor de descarga de una cinta transportadora muestra amplitudes de vibración cercanas a 1g, con el eje axial mostrando valores superiores.

Al analizar en detalle, podemos observar que el pico de esta señal de duración 4s, corresponde a 1,1194g ocurrido en el tiempo 2,52s. Tenga en cuenta que en este caso no importa ninguna otra parte de la señal, ya que el valor de pico es sólo el valor de amplitud más alto.

Valor pico a pico

Otra métrica complementaria es el valor Pico a Pico. Este valor es la medida desde el pico mínimo hasta el pico máximo de la señal.  Al igual que el valor máximo, su aumento puede indicar la aparición de impactos.

Del mismo modo, la amplitud Pico a Pico no proporciona ninguna información sobre la cantidad de energía dentro de la señal de vibración, sólo proporciona información sobre los valores más altos y bajos.

Siguiendo con el ejemplo anterior, se observa que el valor mayor es de 1,1194g, mientras que el menor corresponde a -0,6306g, produciéndose en el tiempo 2,87s de la señal. Cuando calculamos la distancia de un punto al otro obtenemos un valor de Pico a Pico de 1,75g para el eje axial.

 

Vuelve a ver que el resto de la señal no importa. Un ejemplo más claro es la siguiente señal, en la que podemos ver impactos aún más significativos. Obsérvese cómo estos impactos están en desacuerdo con el resto de la señal y proporcionan un valor final de Pico a Pico de:

1,4099 g + 0,9965 = 2,4064 g

Joel Nunes, experto en análisis de vibraciones de Dynamox, comenta que la métrica pico a pico es esencial para supervisar equipos de baja rotación. Los activos de este tipo suelen tener amplitudes de vibración bajas / valores de energía bajos, lo que dificulta el uso de métricas como RMS (hablaremos más a continuación) y favorece el uso de métricas como pico o pico a pico.

Hasta ahora hemos visto dos ejemplos de métricas que actúan puntualmente con valores máximos y son una buena representación de los impactos. Sin embargo, es necesario enriquecer cualquier análisis examinando también una métrica que represente mejor la energía total, es decir, el contenido total de la señal. Una excelente métrica para ello es el valor RMS.

RMS – valor cuadrático medio

El valor cuadrático medio (RMS, por su sigla en inglés – Root Mean Square): Valor efectivo de la señal. Se calcula a partir de toda la muestra, utilizando la siguiente fórmula:

En términos más prácticos, es una medida de la energía de vibración del equipo. 

A diferencia de los valores Pico y Pico a Pico, el valor RMS no es un valor puntual, sino una representación de la energía total de la señal. 

A medida que se produce la progresión de un fallo en un activo supervisado, el valor RMS tiende a evolucionar. Esto ocurre porque aumenta el número de picos, lo que repercute en la energía total de la señal. 

En general, el valor RMS muestra cambios bajos en las primeras fases de los fallos mecánicos, porque hay pocos cambios en la energía total de la señal. Sin embargo, a medida que se agravan los fallos, el valor RMS tiende a aumentar de forma más significativa.

La buena noticia sobre el cálculo del valor RMS es que la mayoría de los programas de análisis de vibraciones ya traen el valor calculado para que el usuario pueda interpretarlo.

Tomemos el ejemplo del engranaje de un molino de bolas. Esta caja de cambios presenta un defecto de error en la transmisión de la fuerza y el movimiento del engranaje exterior, la corona y el piñón.

Observe en la esquina superior izquierda que el software muestra tanto el valor Pico a Pico (PP) como el valor RMS. La diferencia entre ambos es significativa precisamente porque el RMS tiene en cuenta toda la señal.

A medida que la avería empeora, este valor tenderá a aumentar, lo que indica un mayor nivel de vibración en el punto vigilado, con más impactos y amplitudes más elevadas.

Véase el caso de esta misma caja de cambios unos meses más tarde (se utilizó la misma escala para ambos gráficos trazados en el dominio de la velocidad):

Un gráfico de tendencia de la señal con límites bien ajustados puede ser útil para controlar la evolución y el agravamiento de este y otros tipos de avería. 

A continuación, se muestra un gráfico con los valores eficaces en velocidad para el eje horizontal del equipo. El punto resaltado en verde corresponde a la primera forma de onda mostrada anteriormente, con un valor eficaz aún controlado. El punto rojo corresponde a la última forma de onda, con valores RMS más elevados, según la evolución del defecto.

Véase que, para este segundo caso, los niveles de alarma A2 (nivel más crítico) ya se habían alcanzado hace algunos meses, lo que apunta a esta evolución.

Según Joel Nunes, una de las ventajas de utilizar el valor RMS es precisamente lo “sesgada” y “comportada” que suele ser esta métrica. Al no verse tan afectado por los valores atípicos (como en el caso de las métricas Pico a Pico), el valor RMS suele seguir una tendencia más normalizada y fácil de seguir.

Además, es habitual que las normas sobre vibraciones presenten límites indicados en RMS, lo que también favorece su uso.

¿Le interesa este contenido? Sigue nuestro blog y consulta en las próximas semanas la secuencia de este texto donde traeremos otras métricas útiles en el análisis de vibraciones: factor de cresta, curtosis y asimetría.