Logo Predyc
Predyc

El Impacto de la Amplitud en el análisis de vibraciones

 Técnico - Articulo 14 de diciembre de 2025
Román Ventura
Autor: Román VenturaIngeniero de Mantenimiento Industrial, Especialista Jr. en Ingeniería de Confiabilidad y Gestión de Activos.
EmailLinkedIn

Desde el punto de vista físico, las vibraciones son una fuerza vectorial y oscilatoria periódica, consideradas una variable operacional inherente (asociada a condiciones mecánicas, eléctricas y operacionales). Para anticiparnos a fallas en equipos, el análisis de vibraciones como una técnica del monitoreo de condiciones se basa fundamentalmente en tres parámetros esenciales como la amplitud, la frecuencia y la fase.

Figura 1. Fallas mecánicas, eléctricas y operacionales
Figura 1. Fallas mecánicas, eléctricas y operacionales

Bajo esta premisa técnica, en ambientes de operaciones industriales, como las salas de máquinas, el personal operario de experiencia suele ser el primero en notar que algo ha cambiado, como un ruido distinto, golpes sincronizados o comportamientos que no encajan con la operación normal. Si bien tener esa capacidad de detección en el personal es importante, detectar estos síntomas forma parte de la línea de defensa en el mantenimiento, pero hay un detalle muy importante y es que estos fenómenos suelen aparecer cuando el equipo ya ha entrado en una condición degradada.

Esta limitación ocurre porque esa capacidad humana de percibir ruidos y movimientos se basa en cuantificar la fuerza del golpe o la energía del movimiento que llega a nuestro oído; sin embargo, con el uso de los instrumentos electrónicos, el rango de detección a través de la medición de parámetros y variables supera por mucho esta capacidad.

Pero, definitivamente hay que preguntarse ¿Cómo contribuye la información de cada parámetro a la predicción de las fallas?

De todos los parámetros, el primer paso para interpretar esta información es comprender la amplitud, que básicamente es la magnitud del movimiento vibratorio, funcionando como una medida directa de la energía que está siendo disipada por algún elemento o máquina en forma de vibración. Por lo tanto, este parámetro actúa también como un sinónimo de severidad.

Figura 2. Vibraciones-Amplitud-Frecuencia-Fase
Figura 2. Vibraciones-Amplitud-Frecuencia-Fase

En esencia, la valoración de la amplitud nos responde a la pregunta crucial:

¿cuánto vibra una máquina o qué tan grave es el problema?

Esta distinción es fundamental, ya que permite su cuantificación con una precisión milimétrica.

Para el contexto de un programa de monitoreo de condición, los valores de la amplitud y los otros dos parámetros de frecuencia y fase. Se registran periódicamente con el objetivo de entregar un diagnostico preventivo principalmente a través de:

  • Establecer Tendencias Históricas: para permitirnos evaluar la evolución de la condición dinámica del equipo a lo largo de su desempeño operacional.

  • Controlar Límites Permisibles: desde nuestros registros históricos se vigilan, haciendo una comparación en contra de los límites establecidos para proteger los componentes y advertir etapas tempranas de fallos.

Estos límites pueden ser fijados por:

  • Estándares internacionales (como la ISO).

  • Recomendaciones del fabricante (OEM).

  • Experiencia estadística del propio usuario.

Cuando un límite permisible es superado, la vibración deja de ser un dato y se convierte en una señal de alarma. Indicándonos entonces, que es el momento de analizar detalladamente la señal para identificar la causa del incremento y planificar actividades de mantenimiento correctivas o mitigadoras.

Para comprender el origen de la amplitud y su cuantificación es necesario conocer:

Movimiento Armónico Simple (M.A.S).

Si queremos entender cómo medimos la amplitud, debemos bajar al nivel de la física fundamental.

Imaginemos entonces, cuando una máquina rotativa presenta una distribución de masa no uniforme (o imperfecta) como una condición de desbalanceo.

Este desbalanceo, que es una propiedad inherente o degradada del sistema, genera a su vez la fuerza perturbadora primaria: la fuerza centrífuga, producida por el punto pesado del rotor al girar, es la que obligará a la máquina a moverse. Como el rotor gira, esta fuerza cambia de dirección continuamente en el plano radial, generando un ciclo repetitivo. La máquina responderá desarrollando un movimiento oscilatorio periódico.

La fuerza centrífuga generada por el punto pesado del rotor obligará a la máquina a moverse. Como el rotor gira, esta fuerza cambia de dirección continuamente, generando un ciclo repetitivo. La máquina responderá desarrollando un movimiento oscilatorio periódico.

Entre las manifestaciones más sencillas y puras de este movimiento se conoce como Movimiento Armónico Simple (M.A.S). Entonces, este principio nos indica que una máquina vibrando únicamente en respuesta a un desbalanceo desarrollará una vibración sincronizada. Además, si ahora graficamos el movimiento oscilatorio de este rotor desbalanceado en función del tiempo, obtenemos una onda o curva senoidal que representa el vaivén de la máquina pasando por una posición de equilibrio.

Para ejemplificar esto con un sistema más sencillo que representa este principio, tenemos el de masa-resorte de la siguiente figura

Figura 4. Sistema-Masa-Resorte-M-A-S
Figura 4. Sistema-Masa-Resorte-M-A-S

Matemáticamente, este comportamiento se describe con la ecuación del desplazamiento que constituye este principio.

Ecuación 1. Desplazamiento
Ecuación 1. Desplazamiento

Donde:

  • x (t): Es la posición instantánea (desplazamiento) en cualquier momento t.

  • Amax: Es la amplitud máxima (el pico de la onda).

  • w (Omega): Es la frecuencia angular (la velocidad de giro), que en este caso es constante.

  • t: Es el tiempo.

Esta ecuación es la base de todo. Nos dice que la vibración es predecible, cíclica y dependiente del tiempo.

A partir de estas ondas simples, derivamos las tres formas físicas de cuantificar la amplitud: el desplazamiento, la velocidad y la aceleración.

La cinemática de la vibración: desplazamiento, velocidad y aceleración

La vibración, puede considerarse como un fenómeno que contiene 3 caras. Al observar las ondas senoidales del MAS en cualquier sistema, notamos que el objeto se mueve de un extremo a otro pasando por un centro (equilibrio).

Figura 4. Péndulo-M-A-S
Figura 4. Péndulo-M-A-S
  1. Cuando el péndulo llega al extremo más alto (máximo desplazamiento), se detiene por un instante imperceptible antes de caer. En ese punto, su velocidad es (0) CERO.

  2. A medida que cae hacia el centro, gana velocidad. Justo cuando pasa por el punto más bajo (equilibrio/cero desplazamiento), su velocidad es Máxima.

  3. Para que este logre frenar y llegar al otro extremo, necesita una fuerza que lo detenga. Esa fuerza es máxima en los extremos. Por tanto, la aceleración es Máxima en los puntos de máximo desplazamiento.

La Relación Matemática:

Si aplicamos cálculo diferencial a nuestra ecuación de desplazamiento (x), obtenemos las otras dos variables como lo hace el software del analizador de vibraciones.

Velocidad (v): Es la derivada del desplazamiento con respecto al tiempo (dx/dt).

  • Matemáticamente, la derivada del seno es el coseno.

  • Esto significa que la velocidad está desfasada 90 grados con respecto al desplazamiento. Cuando el desplazamiento es pico, la velocidad es cero.

Aceleración (a): Como derivada de la velocidad (dv/dt) o la segunda derivada del desplazamiento.

  • La derivada del coseno es el seno negativo.

  • Expresando que la aceleración está desfasada otros 90 grados. En total, está 180 grados opuesta al desplazamiento. Cuando el desplazamiento es máximo positivo, la aceleración es máxima negativa (la fuerza tira hacia el centro).

Ahora, respecto a la aplicación practica, de ¿Cuál variable es la que debemos utilizar?

La cuestión es que no existe una variable "mejor" que otra; puesto que existe la variable adecuada para cada aplicación, componente y tipo de falla. Cada una nos cuenta una historia diferente sobre la dinámica de la máquina, como se muestra en la siguiente tabla:

Tabla 1. Análisis-de-Vibración-y-Variables-de-Medición
Tabla 1. Análisis-de-Vibración-y-Variables-de-Medición

En la práctica moderna, con la integración tecnológica actual, la gran mayoría de los equipos de recolección de datos (analizadores) pueden medir las 3 variables, pero la precisión disminuye al aplicar el cálculo diferencial / integral, especialmente en los extremos del espectro de las frecuencias.

Por ejemplo, con un solo sensor que puede ser el acelerómetro, actualmente está ampliamente extendido junto con la electrónica interna del equipo, puede entregar las tres variables cinemáticas necesarias para el diagnóstico:

  • Aceleración (a): Se lee directamente del sensor, como la señal base.

  • Velocidad (v): Desde la integración electrónica integración una sola vez a la señal de aceleración (equivalente a realizar la integral ∫a*dt).

  • Desplazamiento (x): Se obtiene al aplicar del proceso de integración dos veces a la señal de aceleración (equivalente a realizar la doble integral ∫∫a*dt2).

Este proceso matemático (integración) funciona porque las tres variables están inherentemente ligadas en el Movimiento Armónico Simple (MAS), existiendo un desfase de 90° entre cada una (Desplazamiento → Velocidad → Aceleración). Permitiendo entonces qué, un solo punto de medición nos entregue las tres variables cinemáticas, aunque cada una de ellas se utilizará para analizar un tipo de falla y rango de frecuencia específico.

Métricas de la onda: PICO, PICO-PICO Y RMS

Una vez que el sensor capta la señal y decidimos si verla en velocidad, aceleración o desplazamiento, el software nos muestra una onda. Pero para hacer tendencias, necesitamos reducir esa onda a un solo número. Aquí entran las métricas: Pico, Pico-Pico y RMS.

Elegir la métrica incorrecta puede ocultar el potencial de una falla.

Interpretación de las Ondas

Al analizar la forma de onda en el software de vibraciones, nos encontramos con diferentes métricas para valorar la amplitud.

La elección entre ellas depende de la naturaleza de la falla que buscamos:

Tabla 2. Peak-PeaktoPeak-RMS
Tabla 2. Peak-PeaktoPeak-RMS

La siguiente figura representa una ilustración de estas métricas en ondas

Figura 5. Peak-PeaktoPeak-RMS
Figura 5. Peak-PeaktoPeak-RMS

Vibración Relativa vs. Vibración Absoluta

Finalmente, una vez que se ha entendido la física de la onda y las métricas para cuantificarla, nos enfrentamos a la última gran decisión para configurar una medición de amplitud correcta: ¿Dónde y cómo medimos?

No todas las máquinas responden igual ante las fuerzas de excitación.

La respuesta vibratoria de un equipo depende intrínsecamente de sus propiedades de diseño: Masa, Rigidez y Amortiguación. Esto nos obliga a dividir el mundo de las vibraciones en dos grandes categorías de medición, centrándose en sus mecanismos físicos: Relativa y Absoluta.

Vibración Relativa

La vibración relativa se refiere a la medición del movimiento del rotor (eje) con respecto a la carcasa o estructura de soporte.

En esta no nos importa si la máquina entera se mueve; nos importa cuánto se acerca o aleja el eje de las paredes del cojinete.

¿Dónde se aplica?

Exclusivamente en maquinaria crítica pesada (Turbinas de vapor, Turbogeneradores, Turbocompresores) que utilizan Cojinetes de Película de Aceite (Cojinetes Planos Fluid-Film o Babbitt).

Figura 6. Vibración-Relativa
Figura 6. Vibración-Relativa
  1. El Mecanismo Físico

Este tipo de medición es obligatoria en máquinas soportadas por Cojinetes de Deslizamiento (también llamados cojinetes planos, Fluid-Film o Babbitt)

  1. Amortiguación Hidrodinámica: En estos equipos, el eje flota sobre una cuña de aceite. Esta película de lubricación actúa como un excelente amortiguador que aísla las vibraciones.

  2. Relación de Masa (Masa Estática Alta): La carcasa de una turbina es masiva y extremadamente rígida en comparación con el rotor.

  3. El Resultado: El rotor puede estar vibrando violentamente dentro de la holgura del cojinete, pero la carcasa ni se entera. Las vibraciones en este caso no se transmiten fácilmente.

  4. El Problema: Debido a la amortiguación del aceite y la gran masa de la carcasa, la fuerza del rotor no logra "sacudir" o transmitir ese movimiento interno con facilidad hacia la carcasa.

  5. Sensores de Proximidad Como medir la carcasa es inútil estos sensores de desplazamiento sin contacto atraviesan la carcasa y miden directamente la distancia variable contra el eje. Nos permiten ver la órbita del eje y su posición dinámica.

Vibración Absoluta:

La vibración absoluta mide el movimiento de la carcasa o el soporte del cojinete con respecto a un punto de referencia inercial fijo (el espacio).

Su aplicación radica en

En la gran mayoría de equipos rotativos industriales (Motores eléctricos, Bombas centrífugas, Ventiladores) que utilizan Rodamientos (Elementos Rodantes).

Figura 7. Vibración-Relativa
Figura 7. Vibración-Relativa
  1. El Mecanismo Físico

  2. Transmisibilidad Directa: Los rodamientos tienen una holgura interna cercana a cero (o incluso precarga/interferencia). Hay contacto metal-metal a través de las bolas o rodillos.

  3. Rigidez de Transmisión: Cualquier fuerza generada en el rotor (desbalanceo, defecto de pista) viaja directamente a través del rodamiento hacia la carcasa sin atenuación significativa.

  4. Masas Comparables: En estas máquinas, la carcasa suele ser más ligera o menos rígida en proporción al rotor, permitiendo que vibre en simpatía con él.

  5. Este método es el estándar para la inmensa mayoría de la maquinaria industrial convencional (motores eléctricos, bombas, ventiladores) que utiliza Rodamientos de Elementos Rodantes (bolas o rodillos).

  6. Usamos en este caso Sensores Acelerómetros y Velocímetros como la carcasa se mueve fielmente con el rotor, podemos pegar magnéticamente o rígidamente atornillar un sensor en el exterior. Es económico, no invasivo, y en este caso, totalmente representativo de la salud interna de la maquina.

Conclusión:

La amplitud es el primer parámetro que todo analista debe dominar porque responde a la pregunta de severidad:

¿Qué tan rápido necesito detener esta máquina?

El monitoreo correcto de sus tres variables (Desplazamiento, Velocidad, Aceleración) y sus métricas (Pico y RMS) nos permiten diferenciar entre una fatiga estructural a largo plazo y un impacto mecánico inminente. Sin embargo, un alto nivel de amplitud no nos dirá el origen del problema, solo es la alarma. Si queremos diagnosticar de donde proviene de un desbalanceo o una desalineación, necesitamos el contexto de la Frecuencia.

¡Sigue el hilo de nuestra serie y déjanos tus comentarios!

Esta es solo una inmersión técnica en el primero de los tres parámetros principales para medir vibraciones. En la próxima entrega, abordaremos cómo la frecuencia puede revelar la ubicación de una falla

¡Si deseas aprender aún más y dominar esta técnica por completo, desde Predyc.com encontrarás el

Curso de Análisis de Vibraciones Nivel I

CAT I
CAT I

Curso de Análisis de Vibraciones Nivel II

CAT II
CAT II

Dinos qué te ha parecido el artículo

starstarstarstarstar