Análisis de vibraciones: causas e identificación
En análisis de vibraciones, paliza (or a derrotar) es un fenómeno característico que se distingue por un aumento y una disminución lentos y periódicos de la amplitud de una vibración señal. Se produce cuando dos componentes de vibración independientes, muy similares —pero no idénticos— frecuencia están presentes al mismo tiempo y se combinan. El resultado forma de onda temporal parece una única onda sinusoidal cuya amplitud aumenta y disminuye lentamente siguiendo un patrón rítmico, casi como una respiración. Reconocer un compás es importante porque constituye una señal directa e inequívoca de que hay dos fuentes coexistentes que funcionan a una velocidad casi idéntica.
1. Definición: ¿Qué es un «vibration beat»?
Un latido no es una frecuencia única en sí misma, sino la consecuencia audible y medible de la interacción entre dos frecuencias. Para el oído, produce un sonido característico «trino» o pulsante; en un amplitud En el medidor, esto se traduce en una lectura que no se mantiene estable, sino que oscila hacia arriba y hacia abajo siguiendo un ciclo regular. Cuanto más próximas estén las dos frecuencias de origen, más lenta y pronunciada será la oscilación; cuanto más distantes estén, más rápida será la pulsación, hasta que, finalmente, el oído y el analizador perciben simplemente dos tonos distintos en lugar de un solo tono modulado.
Esto hace que el «beating» sea fundamentalmente diferente de amplitud modulación provocada por un fallo en el interior de una sola máquina. Para que se produzca un batido se necesitan dos excitaciones independientes de intensidad comparable; se trata de un interference un efecto, no un defecto de un componente.
2. La física que hay detrás del latido
El batido es el resultado de la interferencia constructiva y destructiva. Cuando los picos de las dos ondas de vibración se alinean (en fase), sus amplitudes se suman, produciendo una amplitud total mayor. Cuando el pico de una onda se alinea con el valle de la otra (fuera de fase), se anulan parcial o totalmente, produciendo una amplitud total menor. Este ciclo continuo de refuerzo y anulación crea el característico sonido de batido y el patrón de vibración.
La frecuencia de esta modulación de amplitud, conocida como frecuencia de latido, es igual a la diferencia absoluta entre las dos frecuencias de fuente.
Frecuencia de batido = |Frecuencia 1 − Frecuencia 2|
Por ejemplo, si dos máquinas generan vibraciones a 29,5 Hz y 30,5 Hz, la frecuencia de batido resultante es |29,5 − 30,5| = 1,0 Hz. Por lo tanto, la amplitud total subirá y bajará una vez por segundo. Hay que tener en cuenta un matiz importante: la vibración que realmente se percibe sigue oscilando aproximadamente a la media de las dos frecuencias (en este caso, unos 30 Hz), mientras que la envolvente lenta superpuesta a ella oscila a una frecuencia de batido de 1 Hz. La amplitud máxima alcanzada en cada pico de esa envolvente es la suma de las dos amplitudes individuales; así, dos fuentes iguales de 2 mm/s pueden combinarse momentáneamente hasta alcanzar casi 4 mm/s.
3. Causas habituales de las vibraciones en la maquinaria industrial
Dado que un latido indica de forma inequívoca la presencia de dos frecuencias de excitación muy próximas entre sí, constituye una pista útil para el diagnóstico. Entre las fuentes habituales en entornos industriales se incluyen:
- Varias máquinas en una estructura común: El ejemplo clásico es el de dos bombas o ventiladores idénticos que funcionan sobre la misma placa base o en el mismo sistema de tuberías. Si sus velocidades de funcionamiento difieren ligeramente (por ejemplo, 1780 rpm y 1785 rpm), producen un batido de baja frecuencia. Esto está estrechamente relacionado con velocidad de carrera (1×) vibración de cada unidad.
- Motores eléctricos: puede producirse una desfasamiento entre la frecuencia de rotación del motor y una frecuencia eléctrica —por ejemplo, la frecuencia de paso de polos en un motor de inducción, donde se solapa con el doble de frecuencia de deslizamiento. Estos ritmos son un rasgo característico de ciertos fallos eléctricos.
- Bombas o compresores multietapa: interacción entre diferentes etapas que funcionan a velocidades efectivas ligeramente diferentes.
- Cajas de cambios: interacción entre dos frecuencias de engranaje con un número similar de dientes.
- Pulsaciones hidráulicas o aerodinámicas: interacción entre dos fuentes diferentes de turbulencia relacionada con el flujo, como la superposición fuerzas hidráulicas o fuerzas aerodinámicas.
4. Cómo identificar el batido en los datos de vibración
Análisis de la forma de onda en el tiempo
En forma de onda temporal es la forma más directa de observar el batido. La señal muestra un patrón claro y repetitivo de modulación de amplitud. El tiempo que transcurre entre dos picos de amplitud consecutivos (o dos valles) es el periodo del batido; su recíproco es la frecuencia del batido. Es imprescindible disponer de una ventana de captura larga: si el registro es más corto que un periodo de batido, solo se verá un fragmento de la oscilación y se podría interpretar erróneamente como una simple tendencia al alza o a la baja.
Análisis del espectro de frecuencias (FFT)
En la frecuencia espectro, un compás aparece como dos picos bien diferenciados situados muy cerca uno del otro. A standard FFT puede que no tengan la resolución suficiente para separarlas, por lo que se fusionan en un único pico amplio. Para diagnosticar correctamente el batido, el analista debe aumentar la resolución espectral —utilizando más líneas, una adquisición más larga o un FFT de zoom centrado en la región de interés. Puede calcular de antemano el número de líneas y el ancho de banda necesarios mediante un Calculadora de resolución FFT. Una vez resuelto, las dos frecuencias componentes que dan lugar al batido se hacen claramente visibles, y su diferencia debería ser igual a la frecuencia de batido observada.
5. El ritmo en la medición práctica sobre el terreno
En el lugar de la instalación, distinguir un fallo real de un simple fallo puntual es sencillo si se dispone del instrumento adecuado. Un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A te permite ver la forma de onda en tiempo real y un espectro de alta resolución uno al lado del otro, y al asignar un canal a cada equipo puedes comprobar si dos unidades que funcionan a casi la misma velocidad de funcionamiento son la fuente. Dado que los picos hacen que el valor máximo sea más alto, también conviene comprobar si la amplitud aumentada activa un alarm level incluso cuando el nivel medio de vibración es aceptable — el instrumento cima y los valores RMS mostrarán resultados diferentes.
6. ¿Es la violencia física un problema?
El hecho de que se produzca un autooscilador no es un fallo, sino un síntoma de la interacción entre frecuencias. Sin embargo, puede seguir siendo problemático:
- Ruido molesto: El sonido que sube y baja suele resultar más perceptible y molesto para el personal que un tono constante.
- Preocupaciones relacionadas con la amplitud máxima: la amplitud máxima durante la interferencia constructiva puede llegar a ser casi el doble que la de cualquiera de las señales por separado. Este pico puede superar los límites de alarma o ejercer una tensión cíclica excesiva sobre los componentes —alimentando mecánicamente fatiga — incluso cuando la vibración media parece aceptable.
- Enmascarar otros problemas: La señal fluctuante puede dificultar la detección de otros problemas de vibración subyacentes que quedan ocultos tras la modulación.
Para solucionar un ritmo problemático, lo habitual es identificar las dos frecuencias originales y, a continuación, o bien ajustar la velocidad de uno de los dispositivos (para que las dos ya no coincidan), o bien reajustar la estructura para alejarla de resonancia, or adding mojadura para suprimir los picos de amplitud. Cuando el componente 1× subyacente es en sí mismo excesivo, corregir el desequilibrar en cada máquina reduce la energía disponible para el batido desde el principio.
