Comprensión de la vibración transitoria
Vibración transitoria es una vibración temporal y de corta duración que se produce mientras el estado de funcionamiento de una máquina está cambiando —un evento no estacionario—. Los ejemplos más habituales son el arranques y paradas (parada por inercia). A diferencia de la vibración en régimen estacionario, que se mide a velocidad y carga constantes, la transitoria análisis de vibraciones consiste en capturar la respuesta dinámica de la máquina mientras recorre un rango de velocidades o condiciones, y ese barrido expone propiedades del sistema rotor-cojinete que una marcha a velocidad constante nunca puede revelar.
1. Definición: ¿Qué es la vibración transitoria?
Durante el funcionamiento en régimen estacionario el eje gira a una velocidad fija, por lo que el espectro de vibración es esencialmente estacionario y un único FFT lo describe con precisión. En un evento transitorio la velocidad es un objetivo móvil: cada frecuencia relacionada con la velocidad asciende o desciende con el eje, mientras que las frecuencias naturales de la estructura permanecen fijas. El interés radica precisamente en lo que ocurre cuando esas frecuencias móviles y fijas coinciden. Esto convierte las puesta en marcha y coast-down en una categoría de medición diferenciada y rica en información.
2. ¿Por qué es importante el análisis de vibración transitoria?
El análisis de la vibración transitoria es el método principal para comprender las propiedades dinámicas fundamentales de un rotor y sus apoyos —sobre todo para identificar las velocidades críticas.
Durante un arranque o parada la velocidad barre una banda amplia. A medida que la velocidad de rotación (1X) atraviesa cualquiera de las frecuencias naturales de la máquina, se produce un resonancia se forman condiciones de resonancia y la amplitud de vibración se amplifica bruscamente. Al registrar los datos durante este barrido, los ingenieros pueden identificar con exactitud las frecuencias a las que se producen esas resonancias, algo que resulta invisible si la máquina se observa únicamente a su velocidad de funcionamiento habitual.
Esta información es vital para:
- Diseño de máquinas y pruebas de aceptación: Confirmar que las velocidades críticas mantienen un margen de seguridad respecto a la velocidad de funcionamiento normal, a menudo como parte de un criterio de aceptación según normas como ISO 20816-1 (el sucesor moderno de la ISO 10816) o, para los sistemas de protección, API 670.
- Diagnóstico: Un desplazamiento en la ubicación de una velocidad crítica a lo largo del tiempo apunta a un problema estructural en desarrollo: un rotor agrietado, un aflojamiento de la base, o variación de la rigidez del soporte. La comparación de paradas sucesivas es una potente técnica de seguimiento de tendencias.
- Rotor flexible Equilibrado: El equilibrado de un rotor flexible requiere conocer su respuesta a sus velocidades críticas, y dichos datos se adquieren durante las pasadas transitorias, que constituyen la base de balanceo modal.
3. Gráficos de análisis especializado
Dado que la velocidad cambia constantemente, un único espectro FFT estático no puede representar un evento transitorio. Los datos se muestran en gráficos que siguen cómo varía la vibración con la velocidad (RPM):
- Diagrama de Bode: El gráfico transitorio más habitual. Muestra la amplitud filtrada en 1X y la fase en dos gráficos, ambos frente a la velocidad. Una resonancia se manifiesta como un pico de amplitud acompañado de un cambio de fase característico de aproximadamente 180° al pasar por la velocidad crítica; en máquinas reales, el comportamiento exacto de la fase está influido por el amortiguamiento, la anisotropía de los apoyos y los modos vecinos, por lo que la curva de fase se interpreta junto con el pico de amplitud y no como un indicador aislado.
- Diagrama de Nyquist (Polar): Combina la amplitud y la fase en 1X en una única traza polar. Una resonancia aparece como un bucle bien definido, y el diámetro de dicho bucle está relacionado con el escaso amortiguamiento del modo.
- Diagrama en cascada / Gráfico de cascada: Una representación tridimensional que apila espectros FFT sucesivos a medida que cambia la velocidad, creando un efecto de “cascada”. Es ideal para observar cómo todos evolucionan las componentes de frecuencia —no solo la 1X— durante el transitorio, que es como se detectan el comportamiento no sincrónico y armónicos se identifican. Una vista relacionada, la Diagrama de Campbell, representa estos cruces de resonancia en función de la velocidad.
4. Requisitos de adquisición de datos
La captura de datos transitorios exige instrumentación y configuración específicas:
- Analizador multicanal: Un sistema capaz de muestrear simultáneamente varios canales de vibración y el canal de velocidad, de modo que la amplitud y la fase de los distintos rodamientos permanezcan alineadas temporalmente.
- Tacómetro / Keyphasor: Una referencia de velocidad y fase de una vez por revolución es absolutamente imprescindible. El analizador la utiliza para seguir la velocidad de forma continua y para habilitar las mediciones de fase que requieren los diagramas de Bode y de Nyquist; sin ella, ninguno de los dos diagramas puede obtenerse.
- Memoria y velocidad de procesamiento suficientes: El instrumento debe registrar un flujo de datos continuo durante toda la duración del arranque o la parada, lo que en máquinas muy grandes puede prolongarse varios minutos.
5. Transitorio frente a régimen estacionario y práctica en campo
Conviene comparar los dos modos. La medición en régimen estacionario responde a “¿cómo se comporta la máquina en este momento?”; la medición transitoria responde a “¿cuáles son las dinámicas intrínsecas de esta máquina y están cambiando?” Ambas son necesarias en un programa completo: una base parada tomada cuando la máquina está en buen estado se convierte en una referencia con la que se juzgan las pasadas posteriores. Para el trabajo rutinario en campo, el transitorio de mayor utilidad práctica es el arranque hasta la velocidad de funcionamiento durante equilibrado de campo. Un instrumento portátil de dos canales como el Balanset-1A, con su referencia de tacómetro de una vez por revolución, rastrea la amplitud y la fase 1× mientras el rotor acelera, confirmando que la máquina supera sus velocidades críticas y funciona de forma estable antes de dar por válida cualquier lectura de equilibrado, y advirtiendo si una resonancia se encuentra incómodamente cerca de la velocidad de funcionamiento.
