Este artículo le brinda una introducción fundamental sobre qué son las vibraciones y cómo (y por qué) se muestran como FFT.
¿Qué son las vibraciones?
Las vibraciones son una de las formas más comunes de movimiento material que vemos en nuestra vida cotidiana. Las vibraciones consisten en un movimiento de vaivén periódico, a menudo rápido, de un material de una posición a otra. Casi todos los dispositivos que nos rodean vibrarán hasta cierto punto durante el funcionamiento normal, aunque estas vibraciones pueden no ser visibles a simple vista.
Aunque las vibraciones son normales para el funcionamiento de los equipos, incluso los cambios más pequeños en las condiciones pueden afectar significativamente las vibraciones de un sistema y, en consecuencia, afectar negativamente el rendimiento del equipo. Esto se debe a que las vibraciones viajan y un cambio en un lugar puede propagarse a otro a través del estiramiento y la compresión de las moléculas.
Por lo tanto, los cojinetes sueltos o los pernos de montaje, o los ejes doblados y desalineados, por ejemplo, afectarán las vibraciones que registramos del equipo. Además, un cambio en los datos de vibración registrados o datos anormales podría ser una señal de desgaste o rotura de la máquina y una indicación de que una falla podría ser inminente.
¿Cómo se muestran los datos de vibración?
Gráfico de vibración de datos sin procesar
Las vibraciones registradas a menudo se ven como una clase de funciones conocidas como sinusoides, un ejemplo de las cuales se puede ver a continuación. Estas funciones consisten en desplazamiento o amplitud en el eje y (eje vertical) y tiempo en el eje x (eje horizontal).
Fuente: https://www.technoupendra.com/2020/02/what-is-electromagnetic-distance.html
Esta onda se puede dividir en las siguientes secciones: amplitud, longitud de onda (período), valles y crestas.
Esta visualización se puede utilizar para comprender la frecuencia del equipo, ya que la frecuencia es la inversa de la longitud de onda (1/Longitud de onda). Esto significa que la frecuencia y la longitud de onda son inversamente proporcionales: cuanto más corta es la longitud de onda, mayor es la frecuencia. Esto se ilustra en la imagen de abajo.
Fuente: https://kids.britannica.com/students/assembly/view/223513
Es importante tener en cuenta que, dentro de las aplicaciones reales, los datos sin procesar que producirá un dispositivo de monitoreo de vibraciones como FitMachine no son datos limpios y legibles como se ilustra arriba. Las vibraciones suelen ser mucho más erráticas e impredecibles, ya que diferentes materiales vibran a diferentes frecuencias y pueden observarse vibraciones irrelevantes separadas (conocidas como "ruido" o "charla"). Como tal, se pueden monitorear cientos de vibraciones singulares.
Sin embargo, cuando dos o más vibraciones viajan a través del mismo medio, la vibración resultante se puede calcular superponiendo (sumando) las vibraciones. Esta superposición crea un gráfico, trazando las múltiples vibraciones como una vibración. Esto es lo que hace FitMachine para crear el gráfico de vibración de datos sin procesar.
Un ejemplo de este proceso se muestra en las siguientes imágenes. Aquí se han superpuesto tres vibraciones diferentes y se muestran como una vibración (verde). Cada vibración tiene una amplitud de 1 e incluye las frecuencias de 1 Hz (Rojo), 0,5 Hz (Naranja) y 0,25 Hz (Azul). Hertz (Hz) es la notación de frecuencia por segundo.
Sin embargo, mostrar tantas vibraciones como uno significa que un gráfico de vibraciones basado en datos sin procesar es muy confuso o de poca utilidad para determinar qué es lo que está mal en una máquina. A continuación se muestra un ejemplo de estos datos sin procesar obtenidos por una FitMachine.
Transformada rápida de Fourier
Para resolver esto, FitMachine interpreta los datos sin procesar en una transformada rápida de Fourier (FFT). El trabajo de una FFT es transformar el gráfico de Amplitud vs. Tiempo típicamente desordenado en un gráfico de Amplitud vs. Frecuencia, lo que facilita la comprensión de cuánta vibración se produce en cada frecuencia. Piensas en esto como mirar los datos desde un ángulo diferente. En este diagrama, el gráfico rojo representa el gráfico de vibración superpuesto y el azul representa una FFT de las mismas vibraciones.
Fuente: https://www.nti-audio.com/en/support/know-how/fast-fourier-transform-fft
Como ejemplo simple, interpretar esas mismas vibraciones antes mencionadas con frecuencias de 0,25 Hz, 0,5 Hz y 1 Hz produciría la siguiente FFT. Al leer esto, ahora puede ver que hay 3 vibraciones, todas con amplitud 1, con diferentes frecuencias.
En aplicaciones reales, normalmente hay muchas frecuencias diferentes en el perfil de vibración debido al ruido. Por lo tanto, una FFT típica generada por una FitMachine se parece a la siguiente gráfica.
Esto es lo que encontrará en nuestra función FFT interactiva .
¿Qué más debo mirar?
- ¿Qué es un Espectrograma?
- Comprender la FFT interactiva
- Comprensión de la gráfica de cascada interactiva
- Comprender el diagnóstico de forma de onda de tiempo
Recursos educativos adicionales
¿Necesita más claridad? Aquí hay algunos recursos adicionales que pueden ser útiles para usted.
- Una introducción interactiva a las transformadas de Fourier: https://www.jezzamon.com/fourier/
- FFT; El algoritmo más importante de todos los tiempos: https://www.youtube.com/watch?v=nmgFG7PUHfo
- Pero, ¿qué es la Transformada de Fourier? Una introducción visual. https://www.youtube.com/watch?v=spUNpyF58BY
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