Comprensión de los subarmónicos
A subarmónico es un componente de frecuencia en una vibración espectro que se produce a una fracción entera de la frecuencia de excitación fundamental. En el análisis de maquinaria, esa frecuencia fundamental es casi siempre la velocidad de funcionamiento (1X), por lo que los subarmónicos aparecen en órdenes como 1/2X, 1/3X o 1/4X. Dado que se sitúan debajo de el componente síncrono principal; también se denominan subsincrónico vibraciones, y son algunos de los picos más valiosos desde el punto de vista diagnóstico que un analista puede encontrar, ya que rara vez aparecen sin una causa física clara.
1. Definición: ¿Qué es un subarmónico?
Where ordinary armónicos son múltiplos enteros de la velocidad de giro (2X, 3X, 4X), los subarmónicos son el recíproco: divisiones enteras de esta. Un pico exactamente a la mitad de la velocidad del eje es el ejemplo clásico, a menudo escrito 1/2X o 0.5X. Por lo tanto, un subarmónico verdadero siempre se sitúa por debajo de 1X: 0.5X, 0.33X, 0.25X. En la práctica, el patrón más informativo no es solo la línea 1/2X, sino una familia de medio orden — picos en 1/2X, 3/2X (1.5X) y 5/2X (2.5X), todos espaciados por medio orden. Estrictamente hablando, solo el miembro 1/2X es un subarmónico y subsíncrono; los miembros por encima de 1X (1.5X, 2.5X, …) son armónicos de orden fraccional (medio orden), no componentes subsíncronas. La aparición de este tipo de peine es una firma de manual de fallos mecánicos específicos, no de ruido aleatorio.
Conviene distinguir entre un verdadero subarmónico y un componente subsincrónico no entero. Un pico situado exactamente en 0,50X es un auténtico subarmónico de la velocidad de funcionamiento; un pico situado, por ejemplo, en 0,43X es subsincrónico, pero no una fracción exacta, y esa distinción reduce inmediatamente la lista de posibles causas. Los subarmónicos no son tan comunes como los armónicos, pero cuando aparecen, casi siempre apuntan a una de las causas que se indican a continuación.
2. Holgura mecánica: la causa más habitual
La principal fuente de un subarmónico de 1/2X es holgura mecánica. Cuando un componente está suelto —un rodamiento flojo en su alojamiento, un ajuste desgastado o un tornillo de fijación suelto—, se produce una respuesta «rebotante» o «traqueteante» muy no lineal. El juego permite que la pieza golpee contra su asiento y, dado que ese impacto tiende a repetirse prácticamente cada other revolución, el sistema responde a la mitad de la frecuencia de excitación.
El espectro resultante muestra el pico 1X acompañado por una serie de medio orden en 1/2X, 3/2X, 5/2X, etc.: el subarmónico 1/2X junto con sus armónicos de orden fraccional por encima de 1X. Esa familia de medio orden es una de las huellas más fiables en el diagnóstico de vibraciones: indica casi sin ambigüedad una holgura estructural grave, y su crecimiento con el tiempo refleja el empeoramiento del ajuste. Cuanto más pronunciados y numerosos sean los picos de medio orden, más floja se ha vuelto la unión.
3. Inestabilidad de los cojinetes de deslizamiento
En máquinas que funcionan con película de fluido o cojinetes de deslizamiento, la vibración subsincrónica es una señal de alerta crítica de la inestabilidad de la película de aceite. Estas son vibraciones autoexcitadas — La energía procedente de la rotación constante alimenta directamente la vibración, por lo que pueden crecer sin necesidad de ningún impulso externo.
- Remolino de aceite: Suele producirse entre 0,42X y 0,48X de la velocidad de funcionamiento, y se manifiesta como un pico fuerte y bien definido justo por debajo del medio orden. Se produce cuando la cuña de aceite que sostiene el eje comienza a circular (remolinar) dentro del juego del cojinete, arrastrando al eje alrededor de su muñón. Dado que se sitúa ligeramente por debajo de 0,5X en lugar de exactamente en ese valor, la frecuencia precisa es el indicador que permite distinguir el remolino de la holgura.
- Oil whip: Una forma de inestabilidad mucho más grave y destructiva. Se produce cuando la frecuencia del remolino coincide con la primera frecuencia natural del rotor, o velocidad crítica. La vibración se «bloquea» entonces en esa frecuencia natural y se mantiene así incluso cuando aumenta la velocidad de la máquina, una característica que distingue el latigazo de un giro que sigue la velocidad. Las amplitudes pueden llegar a ser tan intensas que dañen el cojinete o el eje.
Las frecuencias de los cojinetes de deslizamiento que delimitan estas inestabilidades pueden estimarse de antemano mediante un Calculadora de la frecuencia de defectos en los cojinetes de deslizamiento, lo que ayuda a confirmar si un pico subsincrónico se encuentra dentro de la banda de remolino.
4. Otras fuentes de picos subsincrónicos
- Problemas con la transmisión por correa: Una correa desgastada o dañada puede generar componentes subsincrónicos vinculados a la propia velocidad de rotación de la correa, que es inferior a la de cualquiera de las poleas. Se sospecha que defectos de la transmisión por correa — y sobre todo V-belt faults — se puede verificar comparándola con la frecuencia calculada de la correa mediante un Calculadora de la frecuencia de fallos en las correas.
- Efectos relacionados con el flujo: En bombas y ventiladores, la energía subsincrónica puede proceder de turbulencia del flujo o desprendimiento rotativo (rotating stall). Estos componentes suelen ser no fracciones exactas de 1X, lo que en sí mismo es un indicio útil de que la fuente es hidráulica o aerodinámica, y no mecánica. En los compresores, el fenómeno relacionado de surging también puede elevar el nivel de fondo por debajo de la velocidad de funcionamiento.
5. Análisis y confirmación
Dado que el diagnóstico depende de pequeñas diferencias de frecuencia, la primera tarea consiste en determinar con exactitud la frecuencia máxima. Una línea situada exactamente en 0,50X apunta claramente a una holgura; una en 0,47X es casi con toda seguridad un remolino de aceite; una serie completa de 1/2X, 3/2X y 5/2X confirma la holgura con un alto grado de certeza. Por lo tanto, son esenciales una alta resolución espectral y una referencia de velocidad precisa, ya que 0,48X y 0,50X pueden parecer idénticos con una resolución baja.
En forma de onda temporal ofrece una valiosa confirmación. La holgura suele mostrar claros impactos o truncamientos —picos aplanados o recortados donde la parte suelta toca fondo—, mientras que el remolino de aceite se presenta como una señal más suave y modulada, sin impactos bruscos. Sobre el terreno, un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A permite al ingeniero registrar tanto el espectro como la forma de onda de tiempo sincronizada a velocidad de funcionamiento, de modo que se pueda evaluar conjuntamente la frecuencia subsincrónica exacta y las características de su forma de onda antes de programar cualquier desmontaje.
