Análisis de vibración de motores: qué mide y cómo se juzga

Qué es

El análisis de vibración en máquinas eléctricas rotativas es la medición del movimiento mecánico de la máquina mientras opera bajo carga. Se coloca un transductor sobre cada alojamiento de rodamiento, o cerca de él, que registra qué tan rápido, qué tanto o con qué intensidad se mueve la carcasa. Las lecturas se toman normalmente en tres direcciones en cada ubicación de rodamiento: horizontal, vertical y axial, porque fallas distintas empujan la estructura en direcciones distintas. La medición se aplica a motores y generadores de inducción, máquinas sincrónicas, máquinas de corriente continua y grupos electrógenos de emergencia y respaldo. En las normas de aceptación y de mantenimiento la prueba figura como una medición opcional en marcha, que se realiza cuando la especificación, el tamaño de la máquina o su importancia lo justifican. El nivel global ofrece un indicador rápido de salud, mientras que el contenido de frecuencias, cuando la señal se analiza como espectro, indica al analista qué parte de la máquina es responsable. La prueba no es intrusiva y no requiere desarmar nada, pero ofrece una de las mejores vistas de la condición mecánica de la máquina.

Por qué se realiza

Los problemas mecánicos de los equipos rotativos son una causa frecuente de paradas no planificadas, y la vibración suele ser el primer síntoma medible. El desbalance por un rotor desplazado o sucio, la desalineación entre la máquina y su carga, un eje doblado, pernos de montaje flojos, una cimentación agrietada o una base floja, rodamientos gastados o dañados, piezas que rozan y la resonancia con la estructura de soporte elevan la vibración de maneras características. Si no se corrigen, acortan la vida de rodamientos y sellos, fatigan el eje, aflojan conexiones y pueden dañar el devanado o la carga. En un generador accionado por motor de combustión, la combustión y el montaje aportan más elementos al cuadro. Medir en la aceptación demuestra que la instalación, la alineación y el balanceo se hicieron bien y entrega una referencia propia de esa máquina sobre su cimentación real. Repetir la medición durante el mantenimiento revela tendencias lentas que ninguna inspección a simple vista o al oído detectaría, de modo que un rodamiento puede cambiarse en una parada planificada y no después de que se agarrote.

El principio

Toda máquina rotativa tiene un comportamiento ideal en el que la masa giratoria está balanceada, los ejes de la máquina y de su carga comparten una misma línea central y los rodamientos soportan solo las cargas previstas. Cualquier desviación de ese ideal produce una fuerza que se repite en cada vuelta del eje o a una frecuencia relacionada, y la estructura de la máquina responde moviéndose. El desbalance aparece sobre todo a la velocidad de giro en las direcciones radiales, la desalineación tiende a añadir el segundo armónico y movimiento axial, la holgura crea múltiplos de la velocidad de giro y los defectos de rodamientos de elementos rodantes producen un conjunto de frecuencias más altas que dependen de la geometría del rodamiento. Los efectos eléctricos, como la atracción magnética desbalanceada o los problemas de barras del rotor, añaden componentes en frecuencias relacionadas con la línea. La magnitud del movimiento se describe con desplazamiento, velocidad o aceleración, elegidos según el rango de frecuencias de interés; la velocidad es la opción más común para la condición global de la máquina. Como la estructura y su montaje influyen en lo que ve el transductor, una misma falla puede verse distinta en una cimentación rígida y en una flexible, y por eso las referencias y las tendencias importan tanto como los valores absolutos.

Cómo se realiza

La máquina se hace funcionar a su velocidad normal de operación y, si la especificación lo pide, bajo carga, y se deja alcanzar una temperatura estable antes de tomar las lecturas. Un acelerómetro o sensor de velocidad calibrado, o un analizador portátil con una sonda, se fija a cada alojamiento de rodamiento en ubicaciones definidas, mediante un perno, un imán o una sonda de mano, siguiendo las indicaciones del fabricante y del instrumento para lograr una colocación repetible. En cada rodamiento se toman lecturas en esas tres direcciones, y se reutilizan los mismos puntos de medición en cada visita para poder comparar los resultados. En un estudio básico se registra el nivel global de vibración; para un diagnóstico más completo se captura un espectro y, en ocasiones, una forma de onda en el tiempo o una medición de fase. Se anotan las condiciones que afectan la lectura, como la velocidad, la carga, la temperatura, el estado del acople y si funcionan máquinas vecinas, pues pueden transmitir vibración por la estructura. Los técnicos siguen las reglas del sitio para trabajar cerca de equipos rotativos: la ropa suelta, los acoples expuestos y las guardas abiertas son peligros, y ningún cable de sensor debe acercarse a las piezas giratorias.

Qué se registra

El registro identifica la máquina, su velocidad nominal, la condición de operación y de carga durante la medición, y la fecha y el instrumento utilizado. Documenta los puntos y las direcciones de medición, las lecturas globales obtenidas en cada uno y los espectros o formas de onda cuando se tomaron, junto con las unidades y la magnitud seleccionada. Las notas incluyen la temperatura, el estado del acople y cualquier fuente cercana de vibración, así como el estado, tal como se encontró, del montaje y de la cimentación. Se anotan los ruidos anormales, las resonancias o los cambios con la velocidad o la carga para que los resultados se lean en contexto.

Cómo se juzgan los resultados

ANSI/NETA ATS-2025 y ANSI/NETA MTS-2023 remiten a guías de vibración publicadas, incluida una tabla publicada de niveles permitidos en el documento de aceptación para máquinas rotativas. La lectura de cada rodamiento y dirección se compara con esa tabla y con el límite propio del fabricante cuando este es más estricto. Más allá del nivel absoluto, la forma del espectro, el cambio respecto al estudio anterior y la diferencia entre máquinas hermanas contribuyen al juicio, porque una lectura modesta que sube de manera constante puede ser más preocupante que una más alta pero estable. La resonancia o los efectos estructurales pueden inflar las lecturas y exigen revisar con más detalle la cimentación. Los límites numéricos que rigen están en las normas citadas y en los datos de la máquina, y esta página deliberadamente no los reproduce; consulte la edición vigente para los valores aplicables a su máquina.

Variaciones

En la aceptación, la vibración es una prueba de la calidad de la instalación: la alineación, el balanceo, el relleno de la base y el montaje se ponen a prueba a la vez, y los resultados se convierten en la referencia. En el mantenimiento, los estudios periódicos en una ruta, con el mismo instrumento y las mismas posiciones, siguen la tendencia de la condición de la máquina y desencadenan acciones correctivas antes de la falla. Las máquinas de inducción y sincrónicas se miden de forma muy parecida, aunque las sincrónicas pueden mostrar además efectos ligados al campo. Las máquinas de corriente continua añaden efectos asociados al conmutador y a las escobillas. Los grupos electrógenos tienen un espectro rico y complicado por el motor alternativo, por lo que la referencia y la guía del fabricante pesan más. Las máquinas accionadas por variadores de frecuencia se revisan en todo su rango de velocidades, y las máquinas críticas o grandes pueden usar monitores instalados de forma permanente con niveles de alarma. La prueba es opcional en las normas, pero casi siempre vale la pena en máquinas grandes o importantes.