Las vibraciones mecánicas son un fenómeno inherente al funcionamiento de equipos de cualquier industria. Esto generado por el movimiento de diferentes componentes internos de la misma máquina. Estas vibraciones pueden ser normales hasta cierto punto, pero a cierto niveles ya puede dar indicios de fallas.
Para un análisis efectivo, es clave evaluar los niveles de vibración y los parámetros de vibración, como frecuencia, amplitud y velocidad, que permiten diagnosticar el estado de tus equipos. Mediante herramientas de monitoreo y normativas internacionales como la ISO 20816 o la ISO 17359:2018 podrás establecer planes que ayuden a mejorar tus decisiones de mantenimiento.
Vibraciones mecánicas
Un cuerpo vibra cuando oscila alrededor de una posición de referencia. Además, la frecuencia de estas vibraciones (que podemos medir en Hz) indica el número de ciclos completos que ocurren por segundo:
Podrás ver un poco más claro esta explicación en el siguiente gráfico
En la práctica, la vibración surge por efectos dinámicos:
- Tolerancias de fabricación.
- Desalineamiento de ejes
- Fricción entre piezas mecánicas
- Desbalance de rotores, etc.
Estos factores se mantienen en niveles aceptables siempre que se respeten las condiciones de diseño del equipo.
Sin embargo, cuando el nivel de vibración aumenta, indica que han existido cambios en los elementos mecánicos. Este problema no solo afecta al componente dañado, sino que también impacta en otras piezas.
Por ejemplo, una incremente de vibración por desalineamiento de ejes, con el tiempo afecta también a otros componentes como el acople, los rodamientos y los sellos.
En equipos industriales, múltiples componentes vibran simultáneamente a frecuencias distintas. Estas vibraciones se combinan (sumándose o restándose) y generan un espectro complejo que varía con el tiempo. Como resultado, identificar cuántos componentes están involucrados o en qué frecuencias ocurren exactamente se vuelve una tarea crítica pero difícil:
Sin embargo, en todos los analizadores de vibración tendrás la opción de poder ver los espectros de vibración, por lo que podrás las amplitudes de las ondas en diferentes frecuencias. Esta facilita mucho identificar la fuente de cada vibración.
Niveles de vibración
Para monitorear el estado de tus equipos, medir el nivel global de vibración suele ser una solución rápida para diferencias equipos en buen estado de aquellos que están presentando fallas. Esta medición es el primer filtro para un análisis de espectros, ya que el analista de vibraciones empezará su análisis con aquellos equipos que tengan niveles altos de vibración global.
Por ejemplo, aquí te mostramos el conjunto de valores globales de vibraciones mecánicas de dos equipos analizados en el software NEST i4.0:
Como podrás ver en este conjunto de valores globales, y por simple criterio, empezarías con el análisis espectral del equipo #2.
Para un correcto análisis ten en cuenta lo siguiente:
- Valores globales de vibración: Al empezar tu plan, establece límites basado en recomendaciones de fabricantes o en normas como la ISO 20816. Luego de tener un buen histórico, deberás basar tus niveles de alerta y emergencia en las propias tendencias de cada equipo.
- Análisis de espectros: Aquí la clave es crear una buena base de datos, en cuanto a configuración de los espectros y ondas, si no sabes como hacerlo, te podemos asesorar en el proceso. Ya que si desde un inicio no tienes una buena configuración, te será difícil llegar a buenos diagnósticos.
Como se mide el nivel de vibración
Ahora, el nivel de vibración de un espectro, en función del tiempo, puede ser medido en valor:
El valor pico a pico indica el recorrido máximo de la onda, y puede ser útil donde el deslizamiento vibratorio de la parte de la máquina es crítico para la tensión máxima o cuando la tolerancia mecánica es limitante.
El valor pico es particularmente válido para la indicación de choques de corta duración; sin embargo, indica solamente la ocurrencia del pico, sin tomar en consideración el historial en el tiempo de la onda.
El valor medio rectificado considera el historial temporal de la onda, pero tiene un interés práctico limitado, al no estar directamente relacionado con ninguna cantidad física útil.
El valor RMS (Root-Mean-Square) es la medida de nivel más relevante, ya que:
- Considera el historial temporal de la onda.
- Proporciona un valor directamente relacionado con la energía contenida y, por tanto, con la capacidad destructiva de la vibración.
Parámetros de vibración
Si has usado un vibrometro o un analizador de vibraciones, verás que normalmente miden estos tres parámetros:
1. Desplazamiento (µm)
- Representa la amplitud física de la onda (movimiento desde la posición de reposo).
- Ideal para evaluar tolerancias mecánicas o desgaste estructural.
2. Velocidad (mm/s)
- Mide la rapidez del movimiento vibratorio.
- Diferencia de fase: +90° respecto al desplazamiento
- Formula:
3. Aceleración (m/s²)
- Detecta cambios bruscos (choques o fuerzas dinámicas).
- Diferencia de fase: +180° respecto al desplazamiento.
- Formula:
En una señal de onda sinusoidal las amplitudes de desplazamiento (d), velocidad (V) y aceleración (g) se relacionan matemáticamente a través de la frecuencia angular (ω). Conocer estas formulas, te puede ayudar a entender la relación entre estos valores globales:
Relaciones fundamentales para un fuente de vibración:
Velocidad RMS:
Formula de velocidad RMS simplificada:
Para múltiples fuentes de vibración (n)
En un caso real, al medir una vibración global de rms en un equipo, el sensor de vibraciones está captando múltiples fuentes de vibración, por lo que la formula quedaría de la siguiente manera:
Como comentario final, si estás empezando con la implementación de un plan de monitoreo de vibraciones mecánicas, es importante que conozcas la base técnica.
Conocer la base técnicas te ayudará a mejorar los diferentes aspectos de tu plan: configuración, programación y análisis.
