Comprensión de la gráfica de Nyquist (gráfica polar)
A Gráfica de Nyquist — ampliamente conocido como diagrama polar en el trabajo de vibraciones — es una gráfica que muestra un vector de vibración cambiante en un sistema de coordenadas polares. A diferencia de un Gráfica de Bode, que distribuye amplitud y fase en dos gráficas cartesianas separadas, el diagrama de Nyquist las fusiona en una sola imagen. La distancia desde el origen es la amplitud de la vibración, y el ángulo alrededor del diagrama es su ángulo de fase, por lo que cada punto en la curva es un vector de vibración completo.
1. Definición: Amplitud y fase en un solo diagrama
El diagrama traza la trayectoria barrida por la punta del vector de vibración 1× (síncrono) a medida que cambia la velocidad de la máquina, típicamente durante un arranque o un paro. La velocidad se marca a lo largo de la curva con colores o símbolos cambiantes, para que el analista pueda leer no solo la magnitud y dirección del vector, sino también las RPM a las que se capturó cada punto.
- El distancia desde el origen (centro) representa la amplitud de la vibración: cuanto más lejos, mayor es la respuesta.
- El ángulo alrededor de la gráfica representa la ángulo de fase de la vibración en relación con la tacómetro de referencia.
Como ambos ejes describen un solo componente rotativo, el diagrama de Nyquist se lee como el lugar geométrico de un vector en lugar de como un par de líneas de tendencia, y esa compactación es exactamente lo que lo hace tan revelador cerca de una resonancia.
2. ¿Por qué es importante el diagrama de Nyquist?
El diagrama de Nyquist ofrece una visión única y compacta de la respuesta dinámica de una máquina. Su propósito principal, al igual que el diagrama de Bode, es identificar y analizar velocidades críticas — la resonancias del sistema rotor-rodamiento.
El indicador clásico de una velocidad crítica en una gráfica de Nyquist es un bucle. A medida que la velocidad se acerca a una frecuencia natural, la amplitud aumenta y la curva se aleja del origen. Cuando la velocidad pasa por la velocidad crítica, la fase experimenta un cambio de 180 grados, barriendo la punta del vector para formar un círculo o bucle. El punto de amplitud máxima es la parte superior del bucle, y la velocidad crítica en sí se encuentra en el punto de cambio de fase de 90 grados en el bucle, un hito mucho más evidente que la rampa de fase gradual en un diagrama de Bode.
3. Interpretación de un diagrama de Nyquist
La forma, el tamaño y la orientación del bucle contienen una gran cantidad de información diagnóstica sobre el estado del rotor y sus propiedades dinámicas.
- Amortiguamiento: el diámetro del bucle es inversamente proporcional al amortiguamiento del sistema amortiguamiento. Un círculo grande y bien formado indica un amortiguamiento bajo y una alta amplificación; un bucle pequeño y ajustado indica un sistema bien amortiguado.
- Anisotropía (críticas divididas): si un sistema de rotor tiene diferente rigidez en las direcciones horizontal y vertical, el diagrama puede mostrar dos bucles distintos y superpuestos, una clara “crítica dividida” causada por la rigidez.
- Ubicación del punto pesado: la orientación del bucle ayuda a localizar el punto pesado del rotor — la desbalance — en relación con la marca de referencia de fase en el eje, lo que indica dónde debe ir un peso de corrección .
- Cambios en el sistema: comparar diagramas de Nyquist a lo largo del tiempo revela cambios en la condición de la máquina. Un cambio en el tamaño o la forma del bucle señala un cambio en el amortiguamiento o la rigidez, lo que puede indicar un rotor agrietado, un cimentaciónsuelto, o características cambiantes del rodamiento.
- Balanceo: el diagrama se utiliza en el de rotores flexibles avanzado. Al observar cómo se mueve el bucle después de que se añade un peso de prueba , un analista deriva el coeficientes de influencia necesario para calcular la solución de balanceo.
4. Captura de datos en campo
Un diagrama de Nyquist es tan bueno como los datos sincronizados de amplitud y fase que lo respaldan, y esos datos dependen de una referencia de fase limpia por revolución tomada durante un barrido de velocidad. En campo, un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A mide la amplitud y fase 1× contra su pulso de tacómetro óptico durante un arranque o paro por inercia, proporcionando el registro de vector contra velocidad a partir del cual se dibuja un diagrama polar. La misma medición de amplitud y fase sustenta el balanceo en campo, por lo que un solo instrumento caracteriza una resonancia y corrige el desbalance que la excita. Para verificar que una línea de orden cruzará realmente una frecuencia natural dentro del rango de operación, un analista puede bosquejar la interferencia primero con el Calculadora de diagrama de Campbell.
5. Diagrama de Nyquist vs Diagrama de Bode
Los diagramas de Nyquist y Bode muestran exactamente los mismos datos — amplitud y fase 1× contra velocidad — en formatos diferentes, y la elección entre ellos a menudo depende de la preferencia del analista y de la característica que se desea enfatizar.
- Diagrama de Bode: mejor para leer las RPM precisas de la amplitud pico y el inicio y fin exactos del cambio de fase de 180 grados, porque su eje de velocidad es lineal y fácil de escalar.
- Diagrama de Nyquist: mejor para captar de un vistazo toda la respuesta dinámica. Destaca al mostrar la cantidad de amortiguamiento a través del tamaño del lazo y al exponer las velocidades críticas divididas como lazos superpuestos, ambos de manera más intuitiva que una gráfica de Bode.
Una representación estrechamente relacionada es la órbita del eje, que grafica el movimiento en el plano del rodamiento en lugar de un solo vector frente a la velocidad. La mayoría de los analizadores de vibraciones pueden dibujar los tres, y los analistas experimentados los usan juntos para un análisis integral dinámica de rotores diagnóstico.
