AXILINECómo leer el espectro de vibración: 1x, 2x y armónicos
El vibrómetro ha marcado 8 mm/s. Una sola cifra no dice qué hacer: equilibrar el rotor, alinear los ejes o pedir un rodamiento nuevo. El espectro descompone la vibración por frecuencias y responde a la pregunta «de dónde viene». A continuación repasamos qué imágenes va a ver en la pantalla, qué significa cada una y cómo comprobar la hipótesis antes de coger la herramienta.
El espectro muestra de qué se compone su vibración
Es una situación conocida: el ventilador empieza a zumbar después de limpiar el rodete. Usted aplica el sensor, ve 9 mm/s y se detiene ahí. A partir de ese punto hace falta el espectro.
El instrumento registra la señal del acelerómetro colocado en el soporte del rodamiento, y la FFT (Transformada Rápida de Fourier, así suele estar etiquetada en los equipos) convierte el registro del dominio del tiempo al de la frecuencia. En la pantalla se ve un conjunto de líneas verticales. La posición horizontal de la línea es la frecuencia; la altura, la amplitud. Una sinusoide se convierte en una única línea.
A partir de ahí, calcule todo en revoluciones, no en hercios. La frecuencia de giro es 1x. Un ventilador a 1450 rpm da 1x = 24,2 Hz, 2x = 48,3 Hz, 3x = 72,5 Hz. Convierta los hercios en múltiplos de inmediato, o el espectro se quedará para usted en un simple conjunto de cifras.
De paso, compare las dos cifras que el instrumento muestra una junto a la otra: la vibración total y la componente de giro 1x. El equilibrado solo reduce 1x. Un total de 9 mm/s con 1x = 8 mm/s significa que la vibración la genera el rotor. Un total de 9 con 1x = 2 significa que equilibrar no serviría de nada: la causa está en otra parte.
Regla sencilla de clasificación: divida la frecuencia del pico entre la frecuencia de giro. Si sale 1,0 / 2,0 / 3,0, mire el rotor, el acoplamiento, la fijación. Si sale 3,7 o 6,4, busque el rodamiento, las palas, los dientes, la correa.
Cuatro imágenes que hay que reconocer a primera vista
Domina 1x
El pico en la frecuencia de giro es varias veces más alto que el resto de líneas, el espectro parece casi vacío, la vibración total está cerca de 1x, y la fase de 1x (el ángulo que indica en qué punto del giro la vibración alcanza el máximo) se mantiene estable de una medición a otra. Esto es desequilibrio. El equilibrado tiene sentido y normalmente da resultado en una sola visita.
2x notable
2x es comparable a 1x o lo supera, la vibración axial ha aumentado, y la fase a ambos lados del acoplamiento difiere en unos 180°. Así se ve una desalineación o un acoplamiento desgastado. El equilibrado no lo va a corregir: la máquina necesita una alineación de ejes.
Peine de armónicos
1x, 2x, 3x, 4x y más arriba, a menudo con semiarmónicos de 0,5x y 1,5x; el suelo de ruido —el fondo uniforme entre los picos— está elevado. Esto son aflojamientos mecánicos, una grieta en la pata de apoyo, un anclaje suelto, un rozamiento. Este tipo de espectro se confirma con la llave y la inspección visual, no con el software.
Picos altos en frecuencia y no múltiplos de las revoluciones
Líneas en 3,7x, 5,2x, 8,4x, difusas en los bordes, que crecen mes a mes. Casi siempre son rodamientos. El equilibrado no les afecta; prepare el recambio.
Tabla: qué se ve, qué es probable, cómo comprobarlo
| Qué ve en el espectro | Causa probable | Cómo comprobarlo |
|---|---|---|
| Domina 1x, total ≈ 1x, fase de 1x estable | Desequilibrio del rotor | Masa de prueba de valor y radio conocidos. Un arranque de prueba válido cambia la amplitud de 1x en un 20–30 % o la fase en 20–30° |
| 1x y 2x son comparables, ha aumentado la vibración axial | Desalineación de ejes; acoplamiento desgastado o demasiado apretado | Compare la fase a ambos lados del acoplamiento. Después retire el semiacoplamiento y compruebe la alineación de ejes con relojes comparadores o con un sistema láser |
| Peine de 1x, 2x, 3x… más 0,5x y 1,5x, suelo de ruido elevado | Aflojamiento de la fijación, grieta, rozamiento del rotor contra la carcasa | Apriete de los pernos de anclaje, comprobación de pata floja (soft foot), holguras y ajustes. Observe la señal en el tiempo: el aflojamiento produce golpes e inestabilidad de fase |
| Pico al doble de la frecuencia de red (100 Hz en una red de 50 Hz) | Excentricidad del entrehierro, aflojamiento del estátor | Prueba de corte de alimentación. La línea de origen electromagnético desaparece al instante; la de origen mecánico decae gradualmente con la inercia de parada |
| Bandas laterales simétricas alrededor de 1x con un paso de pocos hercios | Barras rotas o agrietadas del rotor del motor asíncrono | Hace falta resolución fina en frecuencia más análisis de la corriente del estátor. Es trabajo del servicio eléctrico, no del equilibrado in situ |
| Muchas líneas más altas en frecuencia, no múltiplos de 1x, difusas, con el suelo de ruido en aumento | Defectos en los rodamientos | Espectro de envolvente sobre la aceleración en la banda de 2–10 kHz (procesado que resalta los impulsos de choque), temperatura del soporte, historial de tendencia, inspección de la lubricación |
| Línea subsíncrona de 0,4–0,5x (por debajo de la frecuencia de giro) en una máquina con cojinetes de deslizamiento | Inestabilidad de la película de aceite (oil whirl) | No es tarea para sensores montados en la carcasa. Hacen falta sensores de proximidad sin contacto del eje (proximitores) y análisis de órbitas, las trayectorias del centro del eje |
| Picos en la frecuencia de paso de palas (número de palas × 1x) más ruido de banda ancha | Hidráulica: cavitación, desprendimiento de flujo, obstrucción | Presión de entrada, régimen de trabajo real, estado del rodete |
| La amplitud crece bruscamente en un rango estrecho de revoluciones, la fase de 1x gira unos 180° | Resonancia de la estructura o de los soportes | Arranque y parada con registro de amplitud y fase, prueba de impacto. En resonancia no se puede equilibrar: el resultado no se mantendrá |
La tabla da una hipótesis, no una conclusión. La misma imagen del espectro puede deberse a dos causas distintas, y a la inversa: un aflojamiento puede elevar 1x, y una desalineación puede añadir armónicos.
Resolución en frecuencia: Δf = Fmax / N
El espectro está formado por líneas discretas. La distancia entre líneas vecinas se calcula así: Δf = Fmax / N, donde Fmax es el límite superior del espectro y N es el número de líneas. Esa misma fórmula tiene una segunda mitad que se suele olvidar: Δf = 1 / T, donde T es la duración del registro.
La conclusión práctica es una sola. Para separar dos picos próximos hace falta un registro largo. Si quiere Δf = 1 Hz, grabe un segundo. Si quiere Δf = 0,1 Hz, grabe diez segundos. Ni el promediado, ni el suavizado, ni un dibujo bonito lo van a evitar.
Vamos a calcularlo con un ejemplo real. Motor asíncrono de 1480 rpm, 1x = 24,67 Hz. Usted busca una barra rota del rotor, que produce bandas laterales con un paso de 2·s·P, donde s es la frecuencia de deslizamiento en hercios y P es el número de pares de polos. Con un deslizamiento del 1,3 % y dos pares de polos, el paso es de 1,3 Hz. Es decir, hay que separar las líneas de 24,67 y 23,37 Hz, para lo cual hace falta un Δf del orden de 0,3 Hz y un registro no más corto de 3,3 s. Con N = 6400 y Fmax = 2000 Hz se obtiene Δf = 0,3125 Hz y T = 3,2 s. Las bandas se verán.
El error contrario es todavía más frecuente. Usted pone Fmax = 10 kHz «para que se vea todo», deja el mismo número de líneas, y la resolución se vuelve diez veces más gruesa. Las líneas próximas se funden en un solo pico ancho, y un ruido de alta frecuencia innecesario se cuela en la medición. Ajuste Fmax según el defecto de frecuencia más alta que realmente esté buscando.
- Δf = Fmax / N: más líneas con el mismo Fmax significa una resolución más fina.
- T = 1 / Δf: una resolución fina siempre cuesta tiempo de registro.
- En un conjunto de giro lento, el registro se alarga. Un rodillo a 60 rpm exige segundos, no milisegundos.
- Las revoluciones deben mantenerse estables durante el registro. Una deriva de velocidad superior a un cuarto de Δf reparte el pico entre varias líneas vecinas del espectro, la amplitud cae, y usted concluye erróneamente que el defecto ha desaparecido.
En un accionamiento con variador de frecuencia y carga variable no se logra una resolución fina, porque la velocidad deriva durante el registro. Ahí se trabaja con análisis de orden: un espectro construido en múltiplos de las revoluciones y referenciado a una marca de una vuelta (señal de tacómetro).
Bandas laterales: fíjese en el paso, no en la altura
Una banda lateral es una línea junto a un pico grande, en espejo a izquierda y derecha de él. Indica modulación: la amplitud o la frecuencia de la oscilación portadora cambia periódicamente. El paso entre bandas es igual a la frecuencia de modulación, y es precisamente el paso el que le señala al culpable.
Calcule el paso y compárelo con la cinemática: la frecuencia de giro de cada eje, el número de dientes, el número de palas, el deslizamiento del motor. Mientras no encuentre esa correspondencia, es pronto para pronunciar la palabra «modulación».
- El paso es igual a 1x del eje: la fuente roza o se carga una vez por vuelta de ese eje. Un engranaje excéntrico, una carga desigual sobre el soporte del rodamiento.
- Bandas alrededor de la frecuencia de engrane, con un paso igual a la frecuencia de giro de uno de los engranajes: el defecto está precisamente en ese engranaje.
- Bandas alrededor de 1x del motor con un paso de pocos hercios: barras del rotor.
- Bandas alrededor de una frecuencia de rodamiento con un paso de 1x: defecto del aro interior o carga desigual a lo largo de la circunferencia.
- Dos líneas próximas sin bandas simétricas alrededor: no es modulación, sino batido de dos fuentes independientes. Por ejemplo, dos ventiladores en un mismo conducto a 24,5 y 24,9 Hz. La máquina está en buen estado; lo que se oye es una «pulsación».
Error frecuente: confundir dos líneas que han coincidido cerca por azar con bandas laterales, y tomar una resolución baja por su ausencia. Con un Δf grueso, las bandas simplemente se funden con la portadora.
El espectro por sí solo no da el diagnóstico
El espectro promedia. Muestra con fidelidad qué frecuencias están presentes en promedio, y oculta los eventos aislados. Un rodamiento en fase temprana produce un golpe esporádico, una vez cada varias vueltas del eje. En el espectro ese golpe se diluye en el ruido, mientras que en la señal en el tiempo se ven impulsos aislados.
- Señal en el tiempo. Busque golpes, recorte de picos, asimetría, modulación. La duración del registro no debe ser inferior a 4–6 vueltas del eje: a 1500 rpm son 0,2 s, en la práctica se toman 1–2 s, y en un rodillo a 60 rpm hacen falta unos 6 s.
- Fase de 1x. Una diferencia de unos 90° entre la dirección horizontal y la vertical indica desequilibrio. Una diferencia cercana a 0° o a 180° es señal de otro mecanismo.
- Repetibilidad. Tome la medición dos veces, cambie el sensor de sitio, compruebe el imán y el cable. Un pico de alta frecuencia que salta de una medición a otra suele resultar ser una resonancia de la fijación sobre la pintura, no un defecto de la máquina.
- Historial. Un espectro muestra el estado; dos espectros con un intervalo entre ellos muestran la tendencia. Un crecimiento sostenido respecto al nivel base importa más que la cifra absoluta.
- Cinemática e inspección. Número de palas, de dientes, relaciones de transmisión, correas. Sin esto no distinguirá la frecuencia de paso de palas de un armónico de la frecuencia de giro.
- Los mismos ajustes al comparar. El mismo punto, la misma dirección, el mismo Fmax, el mismo número de líneas, la misma fijación. Los espectros con distinto Fmax no se comparan directamente.
Qué hacer con un ventilador que ha empezado a zumbar: orden de actuación
- 01
Mida el total y 1x en cada soporte
Sensor en el soporte del rodamiento, en dirección horizontal-radial, siempre en la misma dirección de una medición a otra. Compare la vibración total con 1x. Si el total es varias veces mayor, la vibración principal no la genera el desequilibrio, y el equilibrado no la va a eliminar.
- 02
Tome el espectro y convierta los picos en múltiplos
Divida la frecuencia de cada línea destacada entre la frecuencia de giro. Anote qué cae en 1x, 2x, 3x, y qué no es múltiplo de las revoluciones. Esto le llevará un minuto y reducirá enseguida el abanico de causas.
- 03
Compruebe la mecánica con sus propias manos
Apriete de los pernos de anclaje, pata floja, holguras, ajustes, estado del bastidor. Un peine de armónicos en el espectro casi siempre lo confirma la llave, no el software. Se puede equilibrar una máquina con aflojamiento, e incluso 1x bajará durante un tiempo, pero el defecto seguirá ahí y volverá.
- 04
Descarte la resonancia
Realice un arranque o una parada por inercia registrando la amplitud y la fase de 1x. Un pico de amplitud estrecho y pronunciado, junto con un giro de fase de unos 180°, significa que las revoluciones de trabajo están cerca de la frecuencia propia. Aquí el coeficiente de influencia —la respuesta de la máquina a la masa de prueba, sobre la que se construye todo el cálculo— será inestable, y el equilibrado no se mantendrá.
- 05
Equilibre si domina 1x
Masa de prueba con valor y radio conocidos, cambio de amplitud del 20–30 % o de fase de 20–30°, cálculo de la corrección, colocación de las masas, arranque de control. Orden de magnitud típico con la mecánica en buen estado: un ventilador con ~12 mm/s baja hasta ~1,5–2 mm/s. Es una referencia orientativa, no una promesa para su máquina.
- 06
Evalúe el resultado al margen del software
El aviso «dentro de tolerancia» solo significa una cosa: el 1x residual está por debajo del objetivo que usted mismo introdujo. El estado general de la máquina se evalúa por la vibración total, en mm/s RMS (valor eficaz) en la banda de 10–1000 Hz, según las zonas A/B/C/D. El desequilibrio residual según los grados de calidad G es una tercera magnitud, independiente. Compruebe la parte y la edición del estándar aplicables para su máquina en concreto.
Los límites del método y dónde podemos ayudar
El espectro de velocidad de vibración es potente en la banda aproximada de 10–1000 Hz. Ahí viven el desequilibrio, la desalineación, los aflojamientos, los rozamientos. Los defectos tempranos de rodamientos se sitúan más arriba, en la zona de 2–10 kHz, y solo se manifiestan en la aceleración y en el espectro de envolvente. Lo decimos claramente: el Balanset-1A mide el RMS (valor eficaz) de la velocidad de vibración en la banda de 5–200 Hz, muestra la FFT, la señal en el tiempo y el vector 1x por dos canales a la vez. Esto es suficiente para decidir si «equilibrar o no», comparar dos soportes, localizar una resonancia por la parada por inercia y verificar el resultado. Para perseguir el pitting —el pequeño desconchado del metal— en la pista del rodamiento hace falta un analizador con un canal de alta frecuencia.
También hay cosas que los sensores montados en la carcasa no pueden dar en absoluto. Las máquinas con cojinetes de deslizamiento requieren proximitores y análisis de órbitas. El patrón modal —las frecuencias propias y las formas de vibración de la estructura— requiere mediciones de FRF y de coherencia. Si en el espectro se ve algo así, la respuesta honesta es pasar la tarea a especialistas de ese campo, no equilibrar.
Los ingenieros de AXILINE diseñan y fabrican los equipos Balanset, y los usan ellos mismos para equilibrar in situ. Vamos a su planta con nuestro propio equipo, colocamos los sensores en sus soportes, tomamos el espectro y el vector 1x, y le decimos con claridad si es desequilibrio o no. Si es desequilibrio, equilibramos el rotor in situ, en sus propios soportes, sin desmontarlo. Si es aflojamiento, desalineación o un rodamiento, usted lo sabrá antes de pagar por un equilibrado que no habría servido de nada.
El equipo también se puede adquirir para uso propio. El kit incluye dos acelerómetros, un sensor láser de fase y de revoluciones, un módulo USB de dos canales con preamplificadores, integradores y ADC, más el software para Windows: equilibrado en uno y dos planos, FFT, diagrama polar, reparto de la masa entre posiciones fijas, cálculo de taladrado, coeficientes de influencia guardados, equilibrado de ajuste (trim), cálculo de la tolerancia según los grados G, y un archivo para los protocolos. Incluye soporte de consulta.
Fuentes: ISO 20816-1:2016 · ISO 21940-11:2016 · ISO 13373-3:2015 · ISO 13373-5:2020 · Manual de operación Balanset-1A · Especificaciones del fabricante Balanset-1A
Preguntas frecuentes
El espectro tiene un 1x alto. ¿Se puede equilibrar directamente?
Casi siempre sí, pero haga antes dos comprobaciones rápidas. La primera: compare la vibración total con 1x. Si el total es varias veces mayor, la contribución principal no viene del desequilibrio, y el equilibrado solo reducirá una parte pequeña. La segunda: compruebe la estabilidad de la fase de 1x. Si la fase salta decenas de grados de una medición a otra, está ante un aflojamiento o una resonancia, y el coeficiente de influencia saldrá poco fiable.
¿De qué tamaño tiene que ser 2x para sospechar de una desalineación?
No hay un umbral fijo, se mira la proporción. Referencia práctica: un 2x superior a la mitad de 1x ya merece atención. Por sí solo, 2x no es un diagnóstico. Se confirma con un aumento de la vibración axial y una diferencia de fase de unos 180° a ambos lados del acoplamiento. A partir de ahí se comprueba la alineación de ejes mecánicamente, con comparadores o con láser.
¿Por qué se han fundido dos picos en uno y cómo se corrige?
La resolución en frecuencia es más gruesa que la distancia entre los picos. Trabaje con la fórmula Δf = Fmax / N: baje Fmax hasta lo que realmente necesite, aumente el número de líneas N y grabe más tiempo, porque T = 1 / Δf. Para Δf = 0,2 Hz hacen falta 5 segundos de registro con revoluciones estables. Si la velocidad deriva durante ese tiempo, no se conseguirá una resolución fina, y hará falta un análisis de orden.
¿Se puede establecer un diagnóstico a partir de un solo espectro?
No. El espectro da una hipótesis. La confirmación viene de la señal en el tiempo, la fase, la repetibilidad de la medición, la cinemática de la máquina, el historial de tendencia y la inspección visual habitual. El mismo conjunto de líneas puede tener causas distintas: los armónicos de un aflojamiento se confunden fácilmente con un rodamiento, y una resonancia amplifica cualquier línea que esté cerca de la frecuencia propia.
¿El equilibrado reduce todos los picos del espectro?
Solo 1x, y solo la parte que genera el desequilibrio del rotor. El pico de 2x, el peine de armónicos, las líneas de rodamientos, el suelo de ruido y la frecuencia de paso de palas se quedarán donde estaban. Por eso a veces la vibración total baja poco incluso con un equilibrado hecho a la perfección. Es un resultado normal, no un error de cálculo.
¿Se ve un defecto de rodamiento en el espectro de velocidad de vibración?
En una fase avanzada, sí: un grupo de líneas más altas en frecuencia, no múltiplos de las revoluciones, picos difusos y un suelo de ruido elevado. En una fase temprana, no. Los primeros golpes por microdesconchado se sitúan en la zona de 2–10 kHz, donde la velocidad de vibración los subestima. Para la detección temprana se toma la aceleración y el espectro de envolvente tras un filtrado en banda, y además se observa la temperatura y la tendencia.
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