Comprensión del diagrama de órbita del eje en el análisis de vibraciones
A órbita del eje es un gráfico que muestra la trayectoria que describe el centro geométrico de un eje giratorio durante una o varias vueltas. Se trata de una representación bidimensional del movimiento del eje dentro de su holgura del cojinete, como si estuvieras mirando directamente hacia el extremo del eje. Este potente sistema de diagnóstico se consigue montando un par de sensores sin contacto sondas de proximidad separados 90 grados —normalmente en una configuración X-Y— y representando gráficamente sus señales de desplazamiento simultáneas entre sí, en lugar de en función del tiempo.
1. Por qué el gráfico de órbita es tan útil
Un estándar forma de onda temporal o Espectro FFT muestra vibración en una sola dirección. El gráfico de órbita combina dos direcciones perpendiculares para ofrecer una visión completa del movimiento dinámico del eje, lo que permite a los analistas visualizar la forma y la dirección reales del movimiento, en lugar de tener que deducirlas. Esa dimensión adicional proporciona pistas muy valiosas para diagnosticar una amplia gama de fallos, razón por la cual la órbita es una pieza clave de dinámica de rotores análisis —especialmente en el caso de maquinaria crítica de alta velocidad equipada con cojinetes de película de fluido— cojinetes de deslizamiento, como turbinas, compresores y generadores de gran potencia.
Dado que las sondas miden el desplazamiento directamente contra el cojinete, la trayectoria también revela la posición del eje dentro de su holgura, y no solo la distancia que recorre —información que un sensor montado en la carcasa acelerómetro simplemente no puede ofrecer. Añadir un tacómetro o Keyphasor marca cada vuelta en la órbita, fijando su fase y dejando inequívoca la dirección de la precesión.
2. Cómo interpretar las formas de las órbitas
La forma, el tamaño y la orientación de la órbita son indicadores directos de las fuerzas que actúan sobre el rotor. Un analista experto puede diagnosticar el estado de una máquina simplemente observando la forma de la órbita.
Órbita circular o elíptica
Una órbita simple, circular o elíptica, centrada en el cojinete, suele indicar que el rotor funciona correctamente y está dominado por una sola frecuencia —en la mayoría de los casos desequilibrio. La órbita será circular si la rigidez del soporte del cojinete es la misma en ambas direcciones (isotrópica) y elíptica si la rigidez difiere en las direcciones horizontal y vertical (anisotrópica), lo cual es muy habitual en la práctica, ya que la mayoría de las máquinas son más rígidas en la dirección vertical que en la horizontal.
Órbita distorsionada, en forma de 8 o de plátano
Cuando la órbita se desvía de una simple elipse, hay múltiples frecuencias que influyen 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 la frecuencia 1× como la 2×.
- A forma de 8 es un signo clásico de un fuerte componente 2×, un indicador típico de desalineación del eje. Una figura en forma de 8 con un bucle interno suele indicar un problema más grave o la presencia de un roce.
Órbitas con quiebros o ángulos bruscos
Los cambios bruscos de dirección, los puntos planos o los “quiebros” en la órbita son un claro indicio de una fricción entre el rotor y el estator. Muestran que el movimiento del eje se ve momentáneamente restringido al entrar en contacto con un componente fijo, como un cojinete, un precinto, o la carcasa de la máquina.
Órbitas altamente irregulares
Una órbita errática, inestable o que parece estar llena de «ruido» puede indicar un problema mecánico grave holgura, inestabilidad provocada por el fluido, como remolino de aceite o látigo, o condiciones de flujo turbulento en una bomba o un compresor.
3. Sentido de la precesión: hacia delante o hacia atrás
La dirección en la que se traza la órbita, en relación con la dirección de rotación del eje, es en sí misma un factor diagnóstico clave:
- Precesión hacia delante: La trayectoria de la órbita sigue la misma dirección que la rotación del eje. Este es el comportamiento habitual en el caso de fuerzas como el desequilibrio.
- Precesión inversa: la trayectoria de la órbita es opuesta a la rotación del eje. Se trata de una situación anómala y puede indicar una grieta del eje, un roce intenso o ciertos tipos de inestabilidad provocada por el fluido.
Para distinguir entre ambas es necesario el punto de referencia de fase que aparece una vez por revolución; sin él, la órbita muestra su forma, pero no el sentido en el que se recorre, y se pierde la distinción diagnóstica.
4. La órbita en el diagnóstico de campo
Los sensores de proximidad instalados de forma permanente que envían datos a un sistema de monitorización son la forma más habitual de registrar la órbita de máquinas grandes y críticas, pero el principio subyacente —dos señales de desplazamiento perpendiculares representadas gráficamente una frente a otra con una referencia de fase— está igualmente al alcance del ingeniero de campo. Un instrumento portátil de dos canales como el Balanset-1A mide la amplitud y la fase sincrónicas en dos planos a la vez, por lo que, una vez que una órbita o un espectro ha confirmado que el desequilibrio es la fuerza dominante, y esa misma configuración se mantiene sin cambios hasta el equilibrado de campo y la verificación del estado corregido. Cuando la órbita revela, en cambio, una desalineación, un roce o una inestabilidad, ese hallazgo reorienta el trabajo hacia la alineación o una solución mecánica, en lugar del equilibrado.
Órbita de desplazamiento frente a órbita de velocidad
No son la misma medición, y la diferencia determina qué se puede concluir legítimamente de la imagen. Un par de sondas de proximidad lee el desplazamiento respecto al rodamiento, de modo que el gráfico es un mapa fiel de dónde se sitúa el gorrón dentro de su holgura, y la parte DC de la misma señal proporciona la línea central del eje. Un analizador portátil de dos canales con acelerómetros fijados en los alojamientos de los rodamientos traza dos velocidad canales uno frente al otro, en mm/s: lo que se ve 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 el sentido de precesión los determina el patrón de fuerzas que actúan sobre el rotor, no el sensor, de modo que las familias conocidas siguen apareciendo — una elipse suave cuando domina 1×, una media luna o un ocho cuando hay una componente 2× fuerte, lados aplanados y quiebres cuando algo roza. Lo que no sobrevive es la posición absoluta: una órbita de velocidad no puede decir cuánta holgura queda, ni puede reescalarse a micrómetros de movimiento del eje. Úsela en campo para identificar la familia de la avería; recurra a sondas de proximidad cuando la pregunta sea dónde está realmente el eje.
Dónde se encuentra la órbita en el software Balanset
En el Balanset-1A la órbita es una pestaña de la ventana del vibrómetro, que se abre con la tecla F5 desde la ventana principal; la ventana requiere firmware del dispositivo 5.5.0 o posterior. La pestaña «X-Y Orbit» traza el canal 1 en un eje frente al canal 2 en el otro a una escala de ejes 1:1, de modo que un círculo en pantalla es realmente un círculo y no un artefacto de ejes desiguales. En el Balanset-4A de cuatro canales, una segunda órbita, para los canales 3 y 4, se dibuja debajo de la primera.
Un conmutador situado encima del gráfico decide qué se dibuja:
| Modo | Qué se representa | Cuándo es la vista adecuada |
|---|---|---|
| Sin sincronizar | La trayectoria bruta, sin referencia de revolución | No hay tacómetro disponible, o se quiere ver todo lo que contiene la señal |
| Sincronizado (bruto) | 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× | Solo la componente rotacional: una elipse limpia que coincide con las lecturas V·o y F | Confirmar el vector de desequilibrio antes del equilibrado |
Sin una marca de tacómetro los dos modos sincronizados no tienen con qué sincronizarse, el programa lo indica en el título del gráfico, y «Unsynced» se convierte en la única vista honesta. Esta es la forma práctica del punto planteado en la sección 3: sin referencia de una vez por revolución no hay sentido de precesión.
Leer los números junto a la órbita
Las casillas junto al gráfico llevan tres valores por plano de medición, y juntos son la comprobación de sentido más rápida disponible antes de empezar 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.
El componente rotacional forma parte del total por construcción, de modo que V·o nunca puede superar a V·s, y la relación entre ambos predice la órbita antes incluso de mirarla. Cuando V·o está cerca de V·s, casi toda la energía está en 1×, la órbita colapsa en una elipse limpia, y desequilibrio es la fuerza dominante. Cuando V·o es notablemente menor, la diferencia son armónicos y ruido de banda ancha — y es precisamente ese residuo el que deforma la elipse en las medias lunas, ochos y quiebres descritos en la sección 2. Una órbita muy distorsionada notificada junto a V·o ≈ V·s es una contradicción, y la instrumentación es lo primero que hay que revisar.
Debajo de cada plano hay una barra de estabilidad: gris mientras la lectura todavía deriva, verde en cuanto 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 discontinuas 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 en absoluto un armónico de la velocidad del eje y pertenece más bien a rodamientos, engranajes o paso de álabes. Un 2× dominante junto a una órbita en forma de media luna o de 8 apunta a desalineación; un pico entre 0,43× y 0,48× bajo una órbita inestable y errática es la firma de remolino de aceite; un contenido de banda ancha con los lados de la órbita aplanados apunta a una rozamiento.
El selector debajo del gráfico cambia el espectro entre velocidad y aceleración. La velocidad es el eje que hay que usar al razonar sobre la órbita, porque la propia órbita se dibuja a partir de los canales de velocidad.
Observar la órbita a través de una resonancia
Una órbita es una instantánea a una sola velocidad, y la forma puede cambiar por completo a unos pocos cientos de RPM de distancia. La pestaña «Run-down» registra en cambio todo el descenso de velocidad: la amplitud y la fase de 1× se registran frente a la velocidad decreciente, un valor bruto por revolución sin suavizado, hasta un umbral de parada que puede ajustarse 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 un Diagrama de Campbell predice dónde una línea de excitación cruza una curva de frecuencia natural. El informe completo de descenso de velocidad conserva la órbita X-Y capturada a la velocidad de trabajo junto a esas curvas, de modo que la forma y el mapa de resonancias acaban en un mismo documento.
5. Qué muestra un gráfico de órbita
En resumen, un gráfico de órbita única ofrece una gran cantidad de información de un solo vistazo:
- La amplitud general de la vibración del eje.
- – La forma del movimiento del eje, que ayuda a identificar el tipo de falla.
- La dirección de la precesión: hacia delante o hacia atrás.
- La posición media del eje dentro del juego del cojinete — su línea central del eje.
Si se analiza junto con el espectro de FFT y la forma de onda temporal, la órbita permite al analista obtener un diagnóstico muy fiable y detallado diagnóstico del comportamiento dinámico de una máquina, combinando el «cuánto», la «forma» y la «dirección» en una imagen decisiva.
