Comprensión de la Vibración Asíncrona
Balanceador portátil y analizador de vibración Balanset-1A
El Balanset-1A es un analizador de vibraciones y equilibrador portátil alimentado por USB, para el equilibrado en uno o dos planos de rotores en sus propios cojinetes. El Kit completo incluye la unidad de interfaz, dos sensores de vibración, tacómetro láser óptico, cinta reflectante, software de equilibrado para Windows en una unidad USB, soporte magnético, báscula digital y estuche de transporte. Requiere una computadora Windows compatible con un puerto USB libre; computadora …
Sensor de vibración
Sensor de vibración para dispositivos de equilibrado Balanset, basado en el acelerómetro ADXL335. Se suministra de serie con un cable de 5 m para medir la vibración durante el equilibrado y el análisis de rotores. Hay disponible una opción de cable de 10 m.
Sensor óptico (tacómetro láser)
Sensor láser óptico para los dispositivos de equilibrado Balanset, basado en el tacómetro modificado HS2234. Mide la velocidad de rotación sin contacto mediante una marca reflectante en el rotor. Se suministra de serie con un cable de 5 m; hay disponible una opción de cable de 10 m.
Balanset-4
El Balanset-4 es un analizador de vibraciones de cuatro canales y un sistema de equilibrado para la corrección en uno a cuatro planos. Diseñado para ejes cardán y rotores apoyados en cuatro cojinetes, también puede funcionar como sistema de medición para una máquina de equilibrado. El kit incluye cuatro sensores de vibración, un tacómetro óptico de láser, una interfaz USB, software, un soporte magnético, una regla y una maleta de transporte.
Soporte magnético Insize-60-kgf
Soporte magnético ajustable para colocar el sensor láser de RPM en los kits de balanceo Balanset. La base magnética ajustable ofrece hasta 60 kgf de fuerza de sujeción sobre superficies ferromagnéticas adecuadas. Los brazos y las articulaciones ajustables ayudan a alinear el sensor con la marca reflectante del rotor.
Cinta reflectante
Cinta reflectante autoadhesiva plateada para el tacómetro óptico láser de los kits de balanceo Balanset. Aplica un trozo pequeño al rotor para crear una marca de referencia reflectante que permita medir la velocidad de rotación. Se suministra en un rollo de 1 m de largo para múltiples configuraciones.
Balanceador dinámico “Balanset-1A” OEM
El Balanset-1A OEM es el kit de medición básico para el equilibrado de rotores en uno o dos planos y el análisis de vibraciones. Incluye la unidad de interfaz USB, dos sensores de vibración, tacómetro láser óptico, cinta reflectante y software de equilibrado para Windows en una unidad USB. En comparación con el Kit completo, no incluye el soporte magnético, la báscula digital ni el estuche de transporte. Requiere una computadora Windows compatible con …
La vibración asíncrona (también llamada vibración no síncrona) es vibración a frecuencias que son no múltiplos enteros exactos — órdenes — de la velocidad de rotación del eje. A diferencia de la vibración síncrona de desbalance o desalineación (que siempre cae en 1×, 2×, 3× de la velocidad de giro), la vibración asíncrona ocurre a frecuencias dictadas por la geometría del componente, efectos electromagnéticos o fuentes externas, en lugar de por la rotación del propio eje.
Distinguir el contenido síncrono del asíncrono es una de las habilidades más fundamentales en el diagnóstico, porque la división estrecha inmediatamente la búsqueda de una causa. Los componentes síncronos apuntan a problemas de masa rotante o geométricos vinculados al rotor; los componentes asíncronos apuntan en cambio a defectos de elementos rodantes, fallas eléctricas o influencias que se originan fuera del rotor. Clasificar esto correctamente desde el principio evita que un analista, por ejemplo, realice el balanceo de una máquina cuyo problema real es un rodamiento en falla.
1. Síncrono vs Asíncrono: La distinción fundamental
El límite está definido enteramente por el pedido — la relación entre una frecuencia de vibración y la frecuencia de la velocidad de giro. Un pico en un orden numérico entero exacto es síncrono y está bloqueado a la rotación del eje; un pico en un orden fraccionario es asíncrono y obedece a otro reloj.
- Síncrono (órdenes enteras): 1.00×, 2.00×, 3.00× — desbalance, desalineación, una eje curvado, ciertos holgura mecánica patrones.
- Asíncrono (órdenes no enteras): 2.47×, 3.57×, 0.45× — defectos de rodamientos, líneas eléctricas, inestabilidades subsíncronas y fuentes externas.
Una subcategoría útil es el subarmónico — energía por debajo de 1× (por ejemplo, un pico de 0.5× por holgura mecánica severa o rozamiento). Los subarmónicos son una forma de contenido asíncrono y se sitúan junto a las inestabilidades subsíncronas discutidas más abajo.
2. Fuentes comunes de vibración asíncrona
Defectos de rodamientos de elementos rodantes (más común)
Con mucho, la fuente dominante de vibración asíncrona:
- Las frecuencias de falla de rodamientos: BPFO, BPFI, BSF y FTF están gobernados por la geometría del rodamiento y nunca son múltiplos exactos de la velocidad del eje.
- Ejemplo: un motor de 1800 RPM (30 Hz) podría mostrar un BPFO a 107 Hz — es decir, 3.57× la velocidad del eje, claramente no un entero.
- Valor diagnóstico: una frecuencia asíncrona levanta inmediatamente la sospecha de un problema de rodamiento.
- Detección: análisis de envolvente es la técnica principal para hacer emerger estos componentes, a menudo mucho antes de que aparezcan en el espectro ordinario.
Frecuencias eléctricas
Vibración electromagnética no relacionada con la velocidad del eje:
- 2× frecuencia de línea: 120 Hz en suministros de 60 Hz o 100 Hz en suministros de 50 Hz, independiente de la velocidad del motor.
- Ejemplo: un motor de 2 polos a 60 Hz gira a aproximadamente 3550 RPM (59.2 Hz), sin embargo su vibración de doble frecuencia de línea se sitúa a 120 Hz — 2.03× la velocidad del eje, asíncrona.
- Frecuencia de paso de polos: puede no ser un múltiplo entero exacto.
- Armónicos de VFD: las frecuencias de conmutación del variador no guardan relación con la velocidad del eje.
Fuentes externas
- Equipo adyacente: vibración transmitida a través del piso desde máquinas cercanas.
- Edificio o cimentación: resonancias estructurales a frecuencias fijas.
- Pulsaciones del proceso: ondas de presión viajando en tuberías.
- Resonancias acústicas: ondas estacionarias en conductos o recintos.
Inestabilidades subsíncronas
- Oil whirl: típicamente 0.42–0.48× la velocidad del eje (no exactamente la mitad).
- Oil whip: se bloquea en la frecuencia natural, no en la velocidad del eje.
- Inestabilidades de sellado: a menudo a frecuencias determinadas por la dinámica de fluidos. Estos son ejemplos clásicos de inestabilidad del rotor.
Vibración aleatoria
- Cavitación: colapso aleatorio de burbujas, de banda ancha.
- Turbulencia: fluctuaciones aleatorias del flujo.
- Frotamiento: contacto caótico que genera vibración no periódica.
3. Identificación en espectros
Características del Espectro
- Frecuencia fija: aparece en el mismo valor de Hz independientemente de los cambios de velocidad.
- Desplazamientos de orden: si la velocidad varía, una frecuencia asíncrona cambia su orden (porque el orden es frecuencia ÷ velocidad del eje).
- Diagrama en cascada: los componentes asíncronos aparecen como verticales líneas, los componentes síncronos como diagonales líneas: la forma más intuitiva de distinguirlos.
- Espectro de órdenes: los picos asíncronos caen en órdenes no enteros (2.47×, 3.57×, etc.).
Procedimiento Diagnóstico
- Identificar la velocidad de giro desde el pico de 1× o, con mayor fiabilidad, desde un tacómetro.
- Calcular órdenes dividiendo la frecuencia de cada pico por la frecuencia de la velocidad de giro.
- Órdenes enteras (1.00×, 2.00×, 3.00×) son síncronas.
- Órdenes no enteras (2.47×, 3.57×) son asíncronas.
- Coincidir con tipos de falla comparando las frecuencias calculadas con las frecuencias de rodamientos, líneas eléctricas, etc.
En máquinas de velocidad variable, esta separación es más clara bajo análisis de órdenes, que re-referencia el eje de frecuencias a múltiplos de la velocidad de giro, de modo que los picos síncronos permanecen fijos mientras los asíncronos se mueven.
4. Significado diagnóstico
Defectos de rodamiento
- Los picos asíncronos en BPFO, BPFI o BSF sugieren inmediatamente un problema de rodamiento.
- Calcule las frecuencias teóricas del rodamiento y compárelas con los picos observados.
- Una coincidencia dentro de aproximadamente ±5 % confirma una falla del rodamiento.
- Armónicos y bandas laterales de la frecuencia de la falla brindan confirmación adicional.
Puede acortar el cálculo con una calculadora de frecuencias de defectos en rodamientos, que devuelve BPFO, BPFI, BSF y FTF directamente desde la geometría del rodamiento y la velocidad del eje.
Problemas electromagnéticos
- Una línea de doble frecuencia de red a 100/120 Hz apunta a estator o entrehierro problemas.
- La frecuencia permanece fija independientemente de las variaciones de velocidad.
- El análisis de corriente del motor confirma el origen eléctrico.
Vibración externa
- Picos que no coinciden ni con la velocidad de la máquina ni con las frecuencias de los rodamientos.
- Pueden coincidir con la velocidad de giro de equipos cercanos.
- Se requiere investigar la fuente, seguida de aislamiento o corrección.
5. Técnicas de análisis para vibración asíncrona
Análisis de envolvente
- La técnica principal para la detección de fallas en rodamientos.
- Potencia los impactos repetitivos que generan contenido asíncrono.
- Suprime los fuertes componentes síncronos de baja frecuencia.
- Revela claramente las frecuencias de los rodamientos en el espectro de envolvente.
Aceleración de alta frecuencia
- Las fallas asíncronas de rodamientos suelen estar en el rango de alta frecuencia (por encima de 1 kHz).
- Use acelerómetros con una configuración de Fmax alta.
- Esto capta los impactos y las resonancias de alta frecuencia que las mediciones de velocidad de baja frecuencia pasan por alto.
Análisis de Cepstrum
- El análisis de cepstrum es eficaz para encontrar patrones periódicos ocultos en señales asincrónicas.
- Detecta familias enteras de armónicos o bandas laterales de una sola vez.
- Especialmente útil para firmas complejas de rodamientos y engranaje .
6. Ejemplos prácticos
Motor con un defecto en el rodamiento
- Velocidad de giro: 1750 RPM (29.17 Hz).
- Componentes síncronos: 1× a 29.17 Hz, 2× a 58.34 Hz.
- Componente asincrónico: un pico a 107 Hz (3.67× la velocidad del eje).
- Diagnóstico: 107 Hz coincide con el BPFO calculado → defecto en la pista exterior.
- Confirmación: la naturaleza asincrónica confirma un problema en el rodamiento, no un problema del rotor.
Motor con VFD a velocidad variable
- La velocidad del motor varía de 1200 a 1800 RPM.
- El pico de 1× se mueve con la velocidad (síncrono).
- El pico de 120 Hz se mantiene fijo (asincrónico, 2× la frecuencia de línea).
- Diagnóstico: un componente electromagnético del suministro de 60 Hz.
En el campo, esta separación es el trabajo cotidiano de un analizador portátil. Debido a que un instrumento como el Balanset-1A lee la velocidad de giro desde su tacómetro óptico al mismo tiempo que el espectro de vibración, puede indicar en el acto si un pico determinado es síncrono o asincrónico, informando al ingeniero de inmediato si la solución es balancear el rotor o reemplazar un rodamiento. Reconocer el contenido asincrónico a través de sus órdenes no enteras, su frecuencia fija a pesar de los cambios de velocidad, o su firma vertical en un diagrama en cascada es lo que permite una identificación precisa de defectos en rodamientos, problemas eléctricos e influencias externas, y señala el camino hacia la acción correctiva adecuada.
