Comprensión del diagrama de Nyquist (diagrama polar)
A El diagrama de Nyquist — conocido popularmente como un diagrama polar en el ámbito de las vibraciones — es un gráfico que muestra un vector de vibración variable en un sistema de coordenadas polares. A diferencia de un Diagrama de Bode, que difunde amplitud y fase Mientras que en dos gráficos cartesianos separados, el diagrama de Nyquist los fusiona en una sola imagen. La distancia desde el origen representa la amplitud de la vibración, y el ángulo que forma con el eje del diagrama es su ángulo de fase, por lo que cada punto de la curva corresponde a un vector de vibración completo.
1. Definición: Amplitud y fase en un solo diagrama
El gráfico traza la trayectoria que describe la punta del vector de vibración 1× (sincrónico) a medida que varía la velocidad de la máquina, normalmente durante el arranque o la parada. La velocidad se indica a lo largo de la curva mediante colores o símbolos variables, de modo que el analista puede interpretar no solo la magnitud y la dirección del vector, sino también las revoluciones por minuto a las que se registró cada punto.
- En distancia desde el origen (centro) representa la amplitud de la vibración: cuanto más lejos, mayor es la respuesta.
- En ángulo alrededor del diagrama representa el ángulo de fase de la vibración con respecto a la tacómetro referencia.
Dado que ambos ejes describen un único componente giratorio, el diagrama de Nyquist se interpreta como el lugar geométrico de un vector, en lugar de como un par de líneas de tendencia, y esa concisión es precisamente lo que lo hace tan revelador cerca de una resonancia.
2. ¿Por qué es importante el gráfico de Nyquist?
El diagrama de Nyquist ofrece una visión única y concisa de la respuesta dinámica de una máquina. Su objetivo principal, al igual que el diagrama de Bode, es identificar y analizar velocidades críticas - la resonancias del sistema rotor-cojinete.
El indicador clásico de una velocidad crítica en un diagrama de Nyquist es un bucle. A medida que la velocidad se aproxima a una frecuencia natural, la amplitud aumenta y la curva se aleja del origen. Cuando la velocidad alcanza la velocidad crítica, la fase sufre un desplazamiento de 180 grados, lo que hace que la punta del vector describa un círculo o bucle. El punto de máxima amplitud es la parte superior del bucle, y la velocidad crítica se sitúa en el punto de desplazamiento de fase de 90 grados del bucle, un punto de referencia mucho más evidente que la rampa de fase gradual de un diagrama de Bode.
3. Interpretación de un gráfico de Nyquist
La forma, el tamaño y la orientación del bucle proporcionan una gran cantidad de información diagnóstica sobre el estado y las propiedades dinámicas del rotor.
- Amortiguación: el diámetro del bucle está inversamente relacionado con el sistema amortiguación. Un círculo grande y bien definido indica un bajo amortiguamiento y una alta amplificación; un bucle pequeño y cerrado indica un sistema bien amortiguado.
- Anisotropía (críticos divididos): Si un sistema de rotor presenta una rigidez diferente en las direcciones horizontal y vertical, el gráfico puede mostrar dos bucles distintos que se superponen: un claro «punto crítico dividido» causado por una rigidez direccional rigidez.
- Ubicación del punto pesado: La orientación del bucle ayuda a localizar el punto pesado del rotor — el desequilibrio — con respecto a la marca de referencia de fase del eje, que indica dónde se encuentra un peso de corrección debería colocarse.
- Cambios en el sistema: La comparación de los diagramas de Nyquist a lo largo del tiempo revela cambios en el estado de la máquina. Un cambio en el tamaño o la forma del bucle indica un cambio en la amortiguación o la rigidez, lo que puede apuntar a un rotor agrietado, un componente suelto base, o características de los rodamientos en constante evolución.
- Equilibrado: el gráfico se utiliza en un nivel avanzado de rotor flexible equilibrado. Al observar cómo se mueve el bucle después de un peso de prueba se añade, un analista deduce el coeficientes de influencia necesario para calcular la solución de equilibrado.
4. Recopilación de datos sobre el terreno
La calidad de un gráfico de Nyquist depende de la calidad de los datos sincronizados de amplitud y fase en los que se basa, y esos datos dependen de una referencia de fase nítida, tomada una vez por revolución, durante un barrido de velocidad. Sobre el terreno, un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A mide la amplitud y la fase de 1× en relación con el pulso de su tacómetro óptico durante un arranque o coast-down, proporcionando el registro de vector frente a velocidad a partir del cual se traza un gráfico polar. Esa misma medición de amplitud y fase sirve de base para equilibrado de campo, de modo que un mismo instrumento sirve tanto para caracterizar una resonancia como para corregir el desequilibrio que la provoca. Para comprobar que una línea de orden va a atravesar efectivamente una frecuencia natural dentro del rango de funcionamiento, un analista puede esbozar primero la interferencia con el Calculadora del diagrama de Campbell.
5. Diagrama de Nyquist frente a diagrama de Bode
Los diagramas de Nyquist y de Bode muestran exactamente los mismos datos —amplitud y fase 1× frente a la velocidad— en formatos distintos, y la elección entre ambos suele depender de las preferencias del analista y de la característica que se quiera destacar.
- Diagrama de Bode: es más adecuado para leer con precisión las revoluciones por minuto (RPM) de la amplitud máxima y el inicio y el final exactos del desplazamiento de fase de 180 grados, ya que su eje de velocidad es lineal y fácil de escalar.
- Gráfico de Nyquist: es mejor para apreciar de un solo vistazo toda la respuesta dinámica. Destaca por mostrar el grado de amortiguación a través del tamaño de los bucles y por revelar los puntos críticos de división como bucles superpuestos, todo ello de forma más intuitiva que un diagrama de Bode.
Una representación muy relacionada es el órbita del eje, que representa el movimiento en el plano del rodamiento en lugar de un único vector en función de la velocidad. La mayoría de los modernos analizadores de vibraciones puede trazar los tres, y los analistas experimentados los utilizan conjuntamente para obtener una visión global dinámica de rotores diagnóstico.
