Comprensión del diagrama de Bode en el análisis de vibraciones
A Diagrama de Bode (que se pronuncia «bo-dee», en honor al ingeniero Hendrik Bode) es un gráfico especializado que muestra cómo una máquina... vibración La respuesta varía en función de la velocidad de rotación. Combina dos gráficos en un eje de velocidad (RPM) común —una curva de amplitud sobre una curva de fase— y es la herramienta principal para determinar la velocidades críticas. Dado que los datos más reveladores se obtienen cuando la velocidad varía, el diagrama de Bode se traza casi siempre a partir de una arranque o coast-down.
1. Definición: ¿Qué es un diagrama de Bode?
El gráfico consta de dos gráficos que comparten el mismo eje de velocidad horizontal:
- Un amplitude plot (arriba), donde se muestra la amplitud de la vibración 1X —sincrónica— a medida que varía la velocidad.
- A phase plot (parte inferior), en la que se muestra el fase desfase de esa vibración de 1X con respecto a una referencia de sincronización de una vez por revolución en el eje.
Si se analizan conjuntamente, las dos curvas ofrecen una visión completa del comportamiento dinámico de un rotor. Es fundamental destacar que los datos se filtran para obtener únicamente el componente 1X, lo que permite aislar la respuesta síncrona (dominada por desequilibrio) del resto del espectro, lo que hace que la firma de resonancia sea tan nítida.
2. Por qué es importante el diagrama de Bode
El diagrama de Bode es el método definitivo para identificar las velocidades críticas. Una velocidad crítica es una velocidad de rotación que coincide con una de las frecuencias naturales del rotor, lo que provoca que la máquina entre en resonancia y amplificando considerablemente su vibración. Hay dos indicadores clásicos que señalan una velocidad crítica:
- Un pico claro en el gráfico de amplitud. A medida que la velocidad recorre la frecuencia natural, la amplitud alcanza su máximo y luego vuelve a descender.
- Un desplazamiento de 180 grados en el diagrama de fases. Al pasar por la resonancia, el desfase cambia en total aproximadamente 180 grados. En una respuesta simple de un solo modo y con poco amortiguamiento, el punto de fase de 90 grados es un localizador útil de la resonancia, más preciso que el pico de amplitud por sí solo cuando el amortiguamiento difumina el pico. Sin embargo, en máquinas reales, el amortiguamiento, los soportes anisotrópicos, los modos cercanos y la compensación de la excentricidad desplazan estas referencias, así que utilice el cruce de fase junto con el pico de amplitud, el bucle de Nyquist, una estimación del amortiguamiento y datos repetibles de aceleración y desaceleración por inercia.
Saber exactamente dónde se encuentran los puntos críticos permite a los ingenieros mantener las velocidades de funcionamiento continuas alejadas de ellos, evitando así las fuertes vibraciones, el desgaste acelerado y el riesgo de fallos catastróficos que supondría el funcionamiento en un punto crítico. La ubicación de estos puntos se puede predecir con antelación mediante un calculadora de la velocidad crítica del rotor y se visualiza en todo el rango de funcionamiento en una Diagrama de Campbell, y luego se confirma con el diagrama de Bode medido.
3. Interpretación de un diagrama de Bode
Más allá de identificar los puntos críticos, el diagrama revela mucho más sobre el sistema de rotores:
- Factor de amplificación (FA): la nitidez del pico de resonancia refleja en qué medida amortiguación que presenta el sistema. Un pico alto y estrecho indica una baja amortiguación y un factor de amplificación elevado —lo que puede resultar peligroso—, mientras que un pico ancho y plano indica un rotor bien amortiguado y más tolerante.
- Críticas divididas: Si un rotor presenta una rigidez desigual en las direcciones horizontal y vertical (apoyo anisotrópico), puede mostrar dos picos de resonancia muy próximos entre sí en lugar de uno solo, lo que se conoce como «pico crítico dividido».
- Cambios en el sistema: La comparación de los diagramas de Bode registrados a lo largo del tiempo pone de manifiesto los cambios estructurales. Una grieta del eje o el aflojamiento de los pernos de cimentación provoca un desplazamiento de la ubicación y una modificación de los picos de velocidad crítica, a menudo antes de que aparezca cualquier otro síntoma.
- Información sobre el equilibrado: Este gráfico es fundamental para el equilibrado multiplanar y a varias velocidades de rotores flexibles, ya que muestra la respuesta del rotor a cada velocidad e indica dónde deben colocarse los contrapesos para atenuar una velocidad crítica concreta.
4. Recopilación de datos e instrumentación
Para generar un diagrama de Bode es necesario que se den tres factores:
- Un transductor de vibraciones —por lo general, un sonda de proximidad medir directamente el desplazamiento del eje, aunque en muchas máquinas también se utilizan sensores montados en la carcasa.
- Un sensor de referencia de fase —un tacómetro o Keyphasor emitiendo un impulso limpio por cada vuelta del eje.
- Un sistema de adquisición de datos capaz de monitorizar de forma continua la amplitud y la fase de la señal filtrada a 1X a medida que varía la velocidad.
Los datos se recogen durante un arranque o una desaceleración controlados, de modo que la máquina recorre todo su rango de velocidades y todos los puntos críticos que este incluye. En maquinaria de uso general que no cuenta con sensores de proximidad fijos, un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A desempeña la misma función sobre el terreno: al activarse a partir de su tacómetro láser, registra de forma sincronizada la amplitud y la fase 1X durante una aceleración o una desaceleración, de modo que el analista puede trazar la respuesta e identificar las resonancias in situ, sin necesidad de instalar instrumentos fijos en la máquina.
5. El gráfico de Bode y las representaciones adyacentes
El gráfico de Bode forma parte de una familia de representaciones de datos transitorios y resulta más eficaz cuando se interpreta junto con sus homólogos. El El diagrama de Nyquist presenta la misma información de amplitud y fase que una sola curva polar, en la que una resonancia traza un bucle nítido. A gráfico en cascada (waterfall) apila los espectros completos frente a la velocidad, por lo que también se hacen visibles los componentes no síncronos —que el diagrama de Bode exclusivo para 1X ignora deliberadamente—. La elección de la combinación adecuada de estas vistas convierte un registro de aceleración en una imagen detallada de dinámica del rotor.
