Comprensión de la gráfica de órbita del eje en el análisis de vibraciones
A órbita del eje es una gráfica que muestra la trayectoria trazada por el centro geométrico de un eje en rotación durante una o más revoluciones. Es una vista bidimensional del movimiento del eje dentro de su juego del rodamiento, como si estuviera mirando directamente hacia abajo por el extremo del eje. Este poderoso diagnóstico se crea montando un par de sondas de proximidad sin contacto sondas de proximidad separadas 90 grados — típicamente en una configuración X-Y — y graficando sus señales de desplazamiento simultáneas entre sí en lugar de contra el tiempo.
1. Por qué la gráfica de órbita es tan útil
Una gráfica estándar forma de onda en el tiempo o Espectro FFT muestra vibración en una sola dirección. La gráfica de órbita combina dos direcciones perpendiculares para dar una imagen completa del movimiento dinámico del eje, permitiendo a los analistas visualizar la forma y dirección reales del movimiento en lugar de inferirlas. Esa dimensión adicional proporciona pistas invaluables para diagnosticar una amplia gama de fallas, razón por la cual la órbita es una piedra angular del dinámica del rotor análisis — especialmente para maquinaria crítica de alta velocidad equipada con cojinetes de película fluida cojinetes de fricción, como turbinas, compresores y generadores grandes.
Dado que las sondas miden el desplazamiento directamente contra el rodamiento, la órbita también revela dónde se ubica el eje dentro de su juego, no solo cuánto se mueve — información que un acelerómetro montado en la carcasa acelerómetro simplemente no puede proporcionar. Agregar una marca de tacómetro o Keyphasor marca cada revolución en la órbita, fijando su fase y haciendo que la dirección de precesión sea inequívoca.
2. Cómo interpretar las formas de la órbita
La forma, tamaño y orientación de la órbita son indicadores directos de las fuerzas que actúan sobre el rotor. Un analista experimentado a menudo puede diagnosticar la condición de una máquina simplemente mirando la forma de la órbita.
Órbita circular o elíptica
Una órbita circular o elíptica simple, centrada en el rodamiento, típicamente indica un rotor bien comportado dominado por una sola frecuencia — la mayoría de las veces desbalance. La órbita será circular si la rigidez del soporte del rodamiento es la misma en ambas direcciones (isotrópica) y elíptica si la rigidez difiere horizontal y verticalmente (anisotrópica), lo cual es muy común en la práctica porque la mayoría de las máquinas son más rígidas verticalmente que horizontalmente.
Órbita distorsionada, en forma de 8 o de plátano
Cuando la órbita se distorsiona de una elipse simple, múltiples frecuencias están influyendo en el movimiento del eje:
- A órbita en forma de «plátano» o de media luna a menudo se asocia con desalineación, donde están presentes tanto las frecuencias 1× como 2×.
- A forma de 8 es un signo clásico de un fuerte componente 2×, un indicador de libro de texto de desalineación del eje. Un ocho con un bucle interno a menudo sugiere una condición más grave o la presencia de un roce.
Órbitas con quiebres o esquinas agudas
Los cambios bruscos de dirección, los puntos planos o los «quiebres» en la órbita son una fuerte evidencia de un roce rotor-estator. Muestran que el movimiento del eje se está restringiendo momentáneamente mientras hace contacto con un componente estacionario como un rodamiento, un sello de sello, o la carcasa de la máquina.
Órbitas altamente irregulares
Una órbita errática, inestable o que parece llena de “ruido” puede señalar una severa holgura mecánica, inestabilidad inducida por fluido como oil whirl o oil whip, o condiciones de flujo turbulento en una bomba o compresor.
3. Dirección de precesión: directa vs inversa
La dirección en la que se traza la órbita, relativa a la dirección de rotación del eje, es en sí misma un factor diagnóstico clave:
- Precesión directa: la órbita se traza en la misma dirección que la rotación del eje. Este es el comportamiento normal para fuerzas como el desbalance.
- Precesión inversa: la órbita se traza en dirección opuesta a la rotación del eje. Esta es una condición anormal y puede indicar un grieta en el eje, un roce severo o ciertos tipos de inestabilidad inducida por fluido.
Distinguir entre ambas requiere la marca de fase por revolución; sin ella, la órbita muestra la forma pero no el sentido en el que se recorre, y se pierde la distinción diagnóstica.
4. La órbita en el diagnóstico de campo
Las sondas de proximidad instaladas permanentemente que alimentan un sistema de monitoreo son la forma de libro de texto para capturar una órbita en máquinas críticas grandes, pero el principio subyacente — dos señales de desplazamiento perpendiculares graficadas entre sí con una referencia de fase — está igualmente disponible para el ingeniero de campo. Un instrumento portátil de dos canales como el Balanset-1A mide la amplitud y fase síncronas en dos planos a la vez, por lo que una vez que una órbita o espectro ha confirmado que desbalance es la fuerza dominante, la misma configuración se lleva directamente al balanceo en campo y la verificación del estado corregido. Cuando la órbita revela en cambio desalineación, un roce o inestabilidad, ese hallazgo redirige el trabajo hacia la alineación o una reparación mecánica en lugar del balanceo.
Órbita de desplazamiento frente a órbita de velocidad
Los dos no son la misma medición, y esa diferencia determina lo que se puede concluir a partir de la imagen. Un par de sondas de proximidad lee la desplazamiento en relación con el cojinete, de modo que el gráfico es un mapa real de dónde se ubica el muñón dentro de su holgura, y la componente DC de la misma señal produce el línea central del eje. Un analizador portátil de dos canales con acelerómetros sujetos a las carcasas de los rodamientos grafica dos velocidad canales entre sí, en mm/s: lo que se observa es el movimiento de la carcasa, no la posición del eje.
Lo que sobrevive al cambio de transductor es la geometría. La forma, la orientación y la dirección de precesión están determinadas por el patrón de fuerzas que actúan sobre el rotor, no por el sensor, de modo que las familias conocidas siguen apareciendo — una elipse suave cuando domina 1×, una media luna o una figura en 8 cuando hay una componente 2× fuerte, y lados aplanados con quiebres cuando algo roza. Lo que no sobrevive es la posición absoluta: una órbita de velocidad no puede indicar cuánta holgura queda, ni puede reescalarse a micrómetros de movimiento del eje. Úsela en campo para identificar la familia de fallas; recurra a las sondas de proximidad cuando la pregunta sea dónde está funcionando realmente el eje.
Dónde se encuentra la órbita en el software Balanset
En un Balanset-1A la órbita es una pestaña de la ventana del medidor de vibraciones, que se abre con la tecla F5 desde la ventana principal; la ventana requiere el firmware 5.5.0 o posterior del equipo. La pestaña “X-Y Orbit” grafica el canal 1 en un eje frente al canal 2 en el otro, con una escala de ejes 1:1, de modo que un círculo en pantalla es realmente un círculo y no un artefacto por ejes desiguales. En el Balanset-4A de cuatro canales, se dibuja una segunda órbita, para los canales 3 y 4, debajo de la primera.
Un interruptor encima del gráfico decide qué se dibuja:
| Modo | Qué se grafica | Cuándo es la vista correcta |
|---|---|---|
| Sin sincronizar | La trayectoria en bruto, sin referencia de revolución | No hay tacómetro disponible, o se desea ver todo lo que contiene la señal |
| Sync (raw) | Las revoluciones más recientes superpuestas, alineadas con la marca del tacómetro | Evaluar la repetibilidad — una figura estable y cerrada significa que el movimiento se repite vuelta tras vuelta |
| 1× | La componente rotacional por sí sola: una elipse limpia que coincide con las lecturas de V·o y F | Confirmar el vector de desequilibrio antes de balancear |
Sin una marca de tacómetro, los dos modos sincronizados no tienen con qué sincronizarse, el programa lo indica en el título de la gráfica, y “Unsynced” se convierte en la única vista honesta. Esta es la forma práctica del punto señalado en la sección 3: sin referencia de una vez por revolución, no hay dirección de precesión.
Cómo leer los números junto a la órbita
Los recuadros junto al gráfico muestran tres valores por plano de medición, y en conjunto son la verificación rápida más eficaz antes de comenzar a interpretar las formas:
- V·s — velocidad RMS de banda ancha en toda la banda de trabajo, en mm/s.
- V·o — solo la componente 1×, a la frecuencia de rotación, en mm/s.
- F — la fase de esa componente 1×, en grados.
La componente rotacional forma parte del total por construcción, por lo que V·o nunca puede superar a V·s, y la relación entre ambas predice la órbita antes de siquiera observarla. Cuando V·o está cerca de V·s, casi toda la energía está en 1×, la órbita se colapsa en una elipse limpia, y desbalance es la fuerza dominante. Cuando V·o es notablemente menor, la diferencia corresponde a armónicos y ruido de banda ancha — y es precisamente ese residuo el que deforma la elipse en las medias lunas, figuras en 8 y quiebres descritos en la sección 2. Una órbita muy distorsionada reportada junto con V·o ≈ V·s es una contradicción, y la instrumentación es lo primero que debe revisarse.
Debajo de cada plano hay una barra de estabilidad: gris mientras la lectura todavía varía, verde cuando el coeficiente de variación de los últimos doce valores del flujo cae por debajo del 10 %, naranja cuando la dispersión supera el 20 %. Una órbita capturada mientras esa barra está en naranja no es un diagnóstico — es una fotografía de una máquina que aún no se ha estabilizado.
Confirmar la forma frente al espectro
La órbita indica que algo está distorsionando la elipse; el espectro indica qué orden es el responsable. La pestaña “Wave Spectrum” de la misma ventana muestra la forma de onda arriba y el espectro de velocidad abajo, con guías punteadas colocadas en múltiplos exactos de la velocidad de rotación medida en lugar de en la barra más alta cercana — de modo que un pico que no coincide con su marcador no es un armónico de la velocidad del eje en absoluto, y corresponde a cojinetes, engranajes o paso de álabes. Un 2× dominante junto a una órbita en forma de media luna o de ocho apunta a desalineación; un pico entre 0.43× y 0.48× bajo una órbita inestable y a la deriva es la firma de oil whirl; el contenido de banda ancha con los lados de la órbita aplanados apunta a roce.
El selector debajo de la gráfica alterna el espectro entre velocidad y aceleración. La velocidad es el eje que debe usarse al razonar sobre la órbita, porque la órbita misma se dibuja a partir de los canales de velocidad.
Observar la órbita a través de una resonancia
Una órbita es una instantánea a una velocidad determinada, y su forma puede cambiar por completo a solo unos cientos de RPM de distancia. La pestaña “Run-down” registra en cambio toda la deceleración: la amplitud y la fase 1× se registran frente a la velocidad decreciente, un valor en bruto por revolución sin suavizado, hasta un umbral de parada que puede configurarse entre 100 y 2000 RPM y que por defecto es 300. Una resonancia se anuncia como un pico de amplitud acompañado de una rotación de fase de aproximadamente 180° — la misma velocidad crítica que una Diagrama de Campbell predice dónde una línea de excitación cruza una curva de frecuencia natural. El informe completo de la parada muestra la órbita X-Y capturada a la velocidad de trabajo junto a esas curvas, de modo que la forma y el mapa de resonancia terminan en un solo documento.
5. Qué muestra una gráfica de órbita
En resumen, una sola gráfica de órbita entrega una gran cantidad de información de un vistazo:
- La amplitud general de la vibración del eje.
- La forma del movimiento del eje, lo cual ayuda a identificar el tipo de falla.
- La dirección de precesión, directa o inversa.
- La posición promedio del eje dentro del juego del rodamiento — su línea central del eje.
Analizada en conjunto con el espectro FFT y la forma de onda en el tiempo, la órbita permite a un analista llegar a un diagnóstico altamente confiable y detallado del comportamiento dinámico de una máquina — combinando el “cuánto,” el “qué forma,” y el “hacia dónde” en una sola imagen decisiva.
