Comprensión de la frecuencia en el análisis de vibraciones
Frecuencia es una medida de la frecuencia con la que se repite un evento en una unidad de tiempo determinada — en análisis de vibraciones, cuantifica la velocidad a la que oscila un objeto. Es el parámetro más importante a la hora de diagnosticar la causa principal de un problema en la maquinaria. Aunque amplitud tells you the gravedad de una vibración, la frecuencia indica la fuente. Si mides la amplitud, sabrás la gravedad del problema; si mides la frecuencia, sabrás cuál es el problema.
1. Definición: ¿Qué es la frecuencia de vibración?
La frecuencia describe la velocidad de un movimiento cíclico: el número de ciclos completos de oscilación que realiza una pieza vibrante por unidad de tiempo. Un rotor que gira a 1.800 rpm realiza treinta revoluciones por segundo, por lo que la fuerza que genera una vez por vuelta se repite treinta veces por segundo. Cada componente periódico oculto en el interior de una máquina forma de onda temporal tiene su propia frecuencia, y la separación de esos componentes es la base de todo trabajo de diagnóstico.
Lo más importante es que la frecuencia es independiente de la amplitud. Una vibración puede ser violenta o apenas perceptible exactamente a la misma frecuencia; lo que suele cambiar cuando un fallo aumenta es la amplitud, mientras que la frecuencia permanece anclada al mecanismo físico que la produce. Esa estabilidad es precisamente lo que hace que la frecuencia sea una huella tan fiable.
2. El poder diagnóstico de la frecuencia
El principio fundamental de diagnóstico de vibraciones es que los distintos componentes mecánicos y eléctricos generan vibraciones a frecuencias específicas y predecibles cuando empiezan a fallar. Al identificar qué frecuencias están presentes en la firma de vibración de una máquina —y la intensidad de cada una de ellas—, un analista puede determinar con exactitud qué componente está causando el problema. Es muy similar a cómo un médico utiliza un estetoscopio para escuchar los sonidos concretos que delatan distintas afecciones.
Cada posible fallo presenta una firma de frecuencia característica:
- Desequilibrio: un problema en todo el conjunto giratorio, como por ejemplo desequilibrio, aparece a la frecuencia de rotación del eje — 1× velocidad de funcionamiento.
- Desalineación: un problema en el acoplamiento entre dos ejes, como desalineación, suele aparecer al doble de la velocidad de giro (2×), a menudo con un armónico elevado 3×.
- Defectos de los cojinetes: Un defecto en un rodamiento de elementos rodantes genera un valor no entero frecuencias de fallo de los rodamientos que viene determinada por la geometría de la pista de rodadura y las bolas, así como por la velocidad del eje.
- Gear problems: los dientes al engranarse generan energía en el frecuencia de engrane (GMF) —el número de dientes multiplicado por la velocidad del engranaje—, a menudo acompañado de bandas laterales.
Dado que estas características rara vez se solapan, un único espectro bien definido permite distinguir entre un desequilibrio, una desalineación o un cojinete defectuoso sin necesidad de abrir la máquina.
3. Las unidades de frecuencia
La frecuencia se expresa en varias unidades, y un analista en activo debe dominarlas todas.
Hercios (Hz)
La unidad internacional (SI). Un hercio equivale a un ciclo por segundo. Es la norma en el ámbito científico y en la mayoría de los instrumentos, y es la unidad que se utiliza en el eje de frecuencia de una FFT.
Ciclos por minuto (CPM)
Se utiliza ampliamente en el mantenimiento industrial porque está directamente relacionado con la velocidad de rotación, que se expresa en revoluciones por minuto (RPM). Dado que un minuto tiene 60 segundos, la conversión es simplemente CPM = Hz × 60. Por lo tanto, una vibración a 30 Hz equivale a 1.800 CPM, y en una máquina que funciona a 1.800 rpm, ese pico coincide exactamente con la velocidad de funcionamiento, lo que suele ser más fácil de reconocer en CPM que en Hz.
Pedidos
Los órdenes son múltiplos de la velocidad de funcionamiento de la máquina: la velocidad de funcionamiento es el primer orden, el doble de la velocidad de funcionamiento es el segundo orden, y así sucesivamente. La ventaja es que los órdenes permanecen constantes incluso cuando la máquina cambia de velocidad: el desequilibrio se mantiene en el primer orden tanto si el eje gira a 900 como a 3.600 rpm, mientras que su frecuencia en Hz varía. Esto hace que los órdenes sean indispensables para los equipos de velocidad variable y constituye la base de análisis de órdenes. A free Calculadora de frecuencias armónicas convierte una RPM en sus frecuencias de 1× a 10× en un solo paso, y un convertidor de unidades de vibración se encarga de la conversión entre Hz y CPM.
4. Cómo se determina la frecuencia
Las frecuencias ocultas en una señal de vibración se extraen mediante el Transformada rápida de Fourier (FFT). An acelerómetro captura la forma de onda de tiempo sin procesar, y el algoritmo FFT la descompone en una espectro de frecuencias — un gráfico que muestra cada una de las frecuencias que componen la vibración compleja, y en el que la altura de cada pico indica la cantidad de energía presente en ese punto. A continuación, el analista compara esos picos con las firmas de fallos mencionadas anteriormente. Sobre el terreno, un instrumento portátil de dos canales como el Balanset-1A Realiza esta FFT en tiempo real, midiendo espectros desde aproximadamente 5 Hz hasta 1000 Hz, de modo que el pico de velocidad de funcionamiento y sus armónicos pueden leerse directamente en la máquina, y el pulso del tacómetro, que se produce una vez por revolución, identifica exactamente qué pico corresponde a 1×.
5. La relación entre la frecuencia, la velocidad y la aceleración
Para un nivel determinado de energía vibratoria, las amplitudes de desplazamiento, velocidad, y aceleración dependen en gran medida de la frecuencia, por lo que cada unidad cubre una banda diferente:
- Frecuencias bajas: El desplazamiento es mayor, por lo que es la unidad natural para el movimiento lento del eje.
- Frecuencias medias: la velocidad es mayor y más uniforme, por lo que severidad de vibración normas como ISO 20816 (la norma que sustituye actualmente a la ISO 10816) evalúa el estado general de la máquina en función de la velocidad en mm/s.
- Altas frecuencias: la aceleración es mayor, lo que la convierte en la unidad más adecuada para los tonos de los cojinetes y los engranajes.
Elegir una unidad inadecuada para una banda de frecuencia puede ocultar un fallo real en el ruido de fondo; elegir la adecuada hace que ese mismo fallo salte a la vista en el gráfico. Entendida de esta manera, la frecuencia es la clave que permite aprovechar todo el potencial diagnóstico del análisis de vibraciones, transformando una señal sin procesar y confusa en información útil para el mantenimiento.
