Cómo medir la vibración
Fundamentos de la Medición de Vibraciones: Guía Técnica para el Monitoreo de Maquinaria
La medición de vibraciones es un proceso esencial para evaluar la «salud» de una máquina durante su operación. Consiste en registrar el movimiento oscilatorio de un sistema mecánico respecto a una posición de equilibrio, permitiendo detectar fallos prematuros como desequilibrios, desalineaciones o desgaste en rodamientos.
📊 Parámetros Críticos de Medición
Para cuantificar la vibración, la industria utiliza tres magnitudes fundamentales que se seleccionan según la frecuencia del componente que se desea analizar:
- Desplazamiento ($\mu m$): Es el cambio total en la posición de una superficie. Es el parámetro preferido para monitorear vibraciones de baja frecuencia y la posición relativa del eje respecto al cojinete.
- Velocidad ($mm/s$): Representa la rapidez con la que ocurre el desplazamiento. Es el parámetro estándar para evaluar la severidad vibratoria en piezas no rotativas (como carcasas), ya que está directamente relacionado con la energía de vibración y la fatiga del material.
- Aceleración ($m/s^2$): Es la tasa de cambio de la velocidad. Se utiliza principalmente para detectar fallos de alta frecuencia, como defectos en dientes de engranajes o en los elementos de rodamientos.
En la práctica general, para las partes no rotativas se prefiere el valor RMS (valor cuadrático medio) por su relación con el contenido energético, mientras que para el análisis del eje se utiliza el valor pico a pico (peak-to-peak).
🛠️ Selección e Instalación de Transductores
La precisión de los datos depende directamente del sensor elegido y de su método de fijación:
- Acelerómetros Piezoeléctricos: Son dispositivos sísmicos montados en la estructura que miden la vibración absoluta. Tienen un rango de frecuencia muy amplio (típicamente de 2 Hz a 10 kHz) y son robustos ante variaciones ambientales.
- Sondas de Proximidad (Eddy Current): Miden el movimiento relativo entre el rotor y el alojamiento del cojinete. Son ideales para máquinas con cojinetes de película fluida donde el movimiento del eje es crítico.
- Montaje: El método de fijación altera la respuesta en frecuencia del sensor. El montaje con espárrago roscado (stud mount) es el ideal para obtener la máxima fidelidad en altas frecuencias. El uso de imanes o sondas manuales reduce drásticamente el rango útil de frecuencia (limitándose a menudo a menos de 1 kHz) y compromete la repetibilidad de la medición.
📍 Ubicación de los Puntos de Medición
Los transductores deben colocarse en partes de la máquina que respondan significativamente a las fuerzas dinámicas, siendo los alojamientos de los rodamientos las ubicaciones principales. Para una caracterización completa, se recomienda tomar lecturas en tres direcciones mutuamente perpendiculares: horizontal, vertical y axial. En máquinas horizontales, el desequilibrio suele manifestarse con mayor fuerza en la dirección radial (horizontal o vertical).
📉 Procesamiento y Análisis de Datos
Una vez obtenida la señal analógica, se procesa para su interpretación:
- Dominio del Tiempo: El análisis de la forma de onda permite identificar eventos impulsivos, como el choque de un elemento rodante defectuoso contra una pista.
- Dominio de la Frecuencia (FFT): La Transformada Rápida de Fourier (FFT) convierte la señal temporal en un espectro de frecuencias. Esto permite aislar fuentes específicas; por ejemplo, un pico dominante a la frecuencia de rotación (1x RPM) suele indicar desequilibrio, mientras que picos a la frecuencia de paso de álabes indican problemas hidráulicos.
- Análisis de Tendencias: El monitoreo continuo busca detectar cambios significativos respecto a una línea base (baseline) establecida cuando la máquina operaba en condiciones óptimas. Un incremento del 25% sobre el límite superior de la zona aceptable suele considerarse un cambio significativo que requiere investigación diagnóstica.
El marco normativo internacional para evaluar estos resultados se encuentra en la serie ISO 20816 (que consolida las antiguas ISO 10816 e ISO 7919), proporcionando criterios de severidad divididos en zonas que van desde la Zona A (máquina nueva) hasta la Zona D (riesgo de daño inminente).