¿Qué es un diagrama de cascada (gráfico de cascada)?
A gráfico de cascada, también denominado diagrama en cascada, es un gráfico tridimensional que muestra cómo evoluciona una vibración espectro a lo largo del tiempo o en función de otra variable —generalmente la velocidad de la máquina. Se construye apilando una serie de FFT espectros individuales uno detrás de otro, formando una superficie 3D que recuerda a una cascada de agua. Esa única imagen permite al analista observar cómo cada componente de vibración crece, disminuye, aparece o desaparece a medida que cambian las condiciones de funcionamiento de la máquina’s, algo que un espectro estático individual nunca puede revelar.
1. Definición: los tres ejes de un diagrama en cascada
La potencia del diagrama en cascada radica en añadir una tercera dimensión al espectro de dos ejes convencional. Una FFT estándar representa amplitud contra frecuencia un instante concreto; el diagrama en cascada añade el tiempo o la velocidad como tercer eje, de modo que se puede leer de un vistazo toda una secuencia de espectros.
- Eje X — Frecuencia: el contenido espectral, en Hz o, cuando se seguimiento de pedidos utiliza, en órdenes de la velocidad de giro.
- Eje Y — Amplitud: la magnitud de cada componente espectral, en velocidad, aceleración o desplazamiento.
- Eje Z — Tiempo o RPM: la variable a lo largo de la cual se apilan los espectros. La velocidad (RPM) es, con diferencia, la más habitual y la más útil desde el punto de vista diagnóstico.
Un pariente cercano es el cascade plot, y los términos se utilizan con frecuencia como sinónimos; algunos analistas reservan “waterfall” para una pila basada en el tiempo y “cascade” para una basada en la velocidad, aunque la representación subyacente es idéntica.
La aplicación principal: Pruebas de arranque y deceleración
El uso más importante del diagrama en cascada es analizar la vibración captada durante el arranque (run-up) o apagado («costa abajo). Durante estos eventos transitorios la velocidad recorre todo el rango operativo, y el diagrama en cascada traza un mapa completo de la respuesta dinámica de la máquina en ese rango. En lugar de suponer cómo se comporta el rotor a velocidades intermedias, el analista ve representada cada velocidad en una única superficie.
Esto hace que el diagrama sea indispensable para varias tareas:
- Identificación de velocidades críticas y resonancias: a resonancia aparece como una cresta que permanece en una frecuencia fija independientemente de la velocidad. A medida que los órdenes de la velocidad de funcionamiento (1×, 2×, …) recorren esa frecuencia fija, su amplitud aumenta bruscamente, marcando la velocidad crítica en la intersección.
- Separación de la vibración forzada de la resonancia: el diagrama distingue con claridad los picos dependientes de la velocidad — vibraciones forzadas such as desequilibrar que siguen las líneas de orden — de los picos de frecuencia fija (resonancias) que forman una cresta recta a lo largo del eje de velocidad.
- Observación de los cambios en la estabilidad del rotor: revela la velocidad a la que aparecen inestabilidades sub-síncronas como remolino de aceite y whip aparecen y desaparecen, lo cual es fundamental para cualquier rotor-dinámica investigation.
3. Cómo interpretar un diagrama de cascada
La lectura de un diagrama de cascada se reduce a reconocer dos familias de crestas y cómo interactúan.
Líneas de orden (crestas diagonales)
Estas crestas están directamente ligadas a la velocidad de funcionamiento de la máquina y, por tanto, aparecen como líneas diagonales que aumentan en frecuencia a medida que sube la velocidad.
- La diagonal más destacada es normalmente la 1st order (1×), la respuesta al desequilibrio del rotor y la velocidad de marcha componente.
- Aparecen diagonales adicionales en 2nd order (2×) — frecuentemente asociadas a desalineación — y en armónicos superiores, cada uno un múltiplo fijo de la velocidad.
Resonancias (crestas horizontales)
Estas crestas se sitúan en frecuencia constante, independientes de la velocidad, por lo que discurren horizontalmente a lo largo del diagrama. Marcan las frecuencias naturales.
- Cuando una línea de orden (como la respuesta al desequilibrio 1×) cruza una cresta de resonancia, la amplitud aumenta bruscamente, formando un pico elevado a una velocidad específica.
- Esa velocidad es una velocidad crítica del sistema, y la magnitud de la amplificación en el cruce revela cuánto mojadura que transporta el sistema.
4. Adquisición de datos: seguimiento de orden y el tacómetro
Para obtener un diagrama de cascada nítido, los datos se adquieren habitualmente mediante seguimiento de orden. Esto requiere una tacómetro señal de pulso para que cada espectro quede sincronizado con el ángulo del eje y las líneas espectrales no se “difuminen” entre celdas a medida que la velocidad varía entre muestras. Sin esa fase referencia, los espectros transitorios se desdibujan y las líneas de orden pierden definición. Aunque se puede trazar un diagrama de cascada frente a un eje de frecuencias fijo, un order-based diagrama de cascada de orden — con órdenes en lugar de Hz en el eje X — mantiene las líneas de orden perfectamente verticales y suele ser más fácil de interpretar en máquinas de velocidad variable.
En campo, el mismo instrumento que captura los espectros suministra habitualmente la referencia de velocidad. Un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A, equipado con su tacómetro láser óptico disparado por una banda de cinta reflectante, registra espectros sincronizados y amplitud y fase 1× durante una aceleración o deceleración — el material bruto a partir del cual se construye el diagrama de cascada. Dado que la medición se realiza en los propios cojinetes de la máquina a velocidad de operación, el diagrama resultante refleja el comportamiento real instalado del rotor.
5. Gráficas relacionadas de arranque / parada
El mismo conjunto de datos transitorios alimenta varias representaciones complementarias, y los analistas con experiencia se desplazan entre ellas con fluidez:
- Diagrama de Bode: amplitud y fase de un orden concreto representadas frente a la velocidad en ejes cartesianos — ideal para leer la RPM exacta de un pico.
- El complot de Nyquist: la traza de la parte real frente a la imaginaria del vector de un orden, que forma un bucle en cada velocidad crítica.
- Diagrama de Campbell: un mapa relacionado de frecuencia frente a velocidad que superpone líneas de orden sobre líneas de frecuencia natural para predecir interferencias.
Mientras que los diagramas de Bode y de Nyquist se centran en un orden cada vez, el diagrama de cascada mantiene el entire espectro completo visible a cada velocidad. Esta amplitud es precisamente la razón por la que sigue siendo una herramienta indispensable para el análisis rotodinámico en profundidad, ya que ofrece una imagen completa del comportamiento de una máquina a lo largo de todo su rango de operación.
