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Introducción al Análisis Orbital en Vibraciones
13 de febrero de 2026
En el campo del análisis de vibraciones, las Órbitas (o gráficos orbitales) son consideradas como una gran herramienta de diagnóstico avanzado que consiste en la representación visual de un camino bidimensional (con 2 vistas tomadas desde sensores) que describen el centro de un eje rotatorio dentro del espacio de holgura de su cojinete mientras la máquina se encuentra en operación.
El concepto fundamental detrás de las órbitas proviene de la física y la electrónica, específicamente de las denominadas Figuras de Lissajous. Estas figuras geométricas se generan al superponer dos movimientos armónicos (ondulatorios) que actúan en direcciones perpendiculares entre sí. La forma resultante de esta combinación ya sea una línea recta, un círculo o una elipse depende directamente de las frecuencias y de la fase (la relación de tiempo o sincronización) que existe entre ambas señales.
Para comenzar a comprender un poco mejor a las orbitas sin conocimientos previos y con términos un poco más simples, podemos intentar visualizar desde nuestra imaginación que el eje de una máquina no gira sobre un punto fijo perfecto, sino que se mueve ligeramente hacia los lados debido a las fuerzas internas (como en la siguiente imagen). Si pudiéramos colocar un lápiz justo en el centro de ese eje mientras gira, este dibujaría una figura o trazo en el aire.
Ese dibujo o trayectoria física que resulta del movimiento es lo que llamamos órbita. Esta herramienta técnica permite observar ese movimiento dinámico real del rotor en un plano transversal, proporcionando una perspectiva que los espectros de frecuencia convencionales no logran reflejar por completo en sus gráficas.
Ahora, en lo que respecta a la importancia de este análisis es absoluta en el caso de las maquinarias rotativas, sobre todo en las de gran tamaño y alta criticidad, como las turbomaquinarías, la cual suele estar apoyada sobre cojinetes de película de aceite o cojinetes planos. En este tipo de activos industriales, el análisis de las señales a través de la Transformada Rápida de Fourier (TFF) presenta limitaciones importantes para determinar la rotodinámica exacta y esto ocurre porque los espectros comunes no pueden representar de forma clara cómo van interactuando los rotores con el fluido lubricante. Al poder contar con un registro de órbitas confiable, los especialistas pueden identificar condiciones de riesgo inminente como el roce metálico o la inestabilidad de la película de aceite antes de que se produzcan daños catastróficos. La capacidad de anticipar estos fallos protege la integridad del activo y asegura la continuidad operativa de equipos en sistemas y plantas complejas donde una parada no programada implica un alto costo.
El desarrollo de este procedimiento se basa en la combinación de señales provenientes de dos sensores de proximidad instalados de forma usualmente permanente en posiciones ortogonales sobre el alojamiento del cojinete. Este registro sirve para determinar la magnitud del desplazamiento de la pieza, la dirección de la vibración y la posición relativa del eje respecto a su centro geométrico. Mediante el uso de una referencia de tiempo adicional denominada Keyphasor, el analista puede establecer la fase absoluta y la dirección del movimiento, facilitando la detección de fallas complejas como desbalanceo, desalineación severa y fenómenos de inestabilidad hidrodinámica.
A continuación, analizaremos el origen natural de estos gráficos basados en principios electrónicos, la instrumentación requerida para su captura y las formas características para un diagnóstico de precisión en la industria moderna.
1. El origen de la órbita
Desde las figuras de Lisa, siendo consideradas señales visuales que se producen al combinar dos corrientes o voltajes alternos en un plano ortogonal definido por dos ejes perpendiculares denominados eje X y eje Y. Con el area de vibraciones industriales, estas señales eléctricas nos indican que provienen del desplazamiento del eje medido por los transductores de proximidad.
Cuando el rotor gira, su movimiento genera una variación de voltaje en el tiempo en cada sensor instalado.
Al graficar el voltaje del sensor X frente al voltaje del sensor Y de forma simultánea en la pantalla de un analizador de señales dinámicas, el resultado es una curva cerrada que representa el ciclo completo de la vibración. Lo importante de este proceso es que la forma que generarán estas figuras de Lisa dependerá exclusivamente de las relaciones de fase y de las frecuencias que existan en las dos señales originales.
La utilidad de la órbita en el monitoreo en concreto nos dice que es como una especie de construcción electrónica que nos dice exactamente cómo se está deformando la trayectoria del eje bajo la influencia de las cargas dinámicas.
Influencia de la fase y la frecuencia en la forma orbital
La parte de la interacción entre los componentes de frecuencias que alimentan la señal X y la señal Y son lo que van determinando la geometría final de la trayectoria en la pantalla del analista.
Si ambas señales poseen la misma frecuencia y están exactamente en fase, es decir, con una diferencia de 0° entre ellas, o si están en contrafase absoluta a 180°, la órbita aparecerá como una línea recta. Esta condición física indica que el eje se mueve de forma lineal en una sola dirección preferencial, lo que puede ser síntoma de fuerzas dominantes en un plano específico.
Por otro lado, si existe una relación de fase de exactamente 90° entre ambas señales ortogonales, la órbita adoptaría de forma teoríca de un círculo perfecto.
En la mayoría de los escenarios industriales reales, las diferencias de fase oscilan en valores intermedios, lo que produce formas elípticas de mayor o menor excentricidad. Cuando se incorporan relaciones de fase diferentes o múltiples componentes de frecuencia, como vibración a 1x y 2x la velocidad de giro, las órbitas se transforman en figuras complejas con bucles internos o externos. Estas variaciones en la forma son las que permiten al analista realizar un diagnóstico avanzado del comportamiento del rotor sin depender exclusivamente de las amplitudes globales.
2. Instrumentación técnica para la obtención de órbitas
A diferencia de otros análisis de vibración que pueden realizarse de forma rutinaria con equipos portátiles convencionales y acelerómetros piezoeléctricos, el monitoreo de órbitas está direccionado a maquinaria de alta velocidad que requiere instrumentación permanente.
Esto se debe a que la información que es crítica para la seguridad del activo no se basa en la vibración superficial de la carcasa, sino en el desplazamiento relativo del eje respecto al soporte del cojinete.
Los sensores de proximidad y el principio de corrientes de Eddy
Los transductores de proximidad son muy conocidos también como sensores de no contacto o sondas de desplazamiento. Estos dispositivos operan bajo el origen natural de la variación de un campo magnético inducido por la cercanía de una superficie conductora como es el eje de acero.
Para construir una órbita vibracional completa, se requiere obligatoriamente una configuración de dos sensores de estos por cada chumacera o cojinete plano.
Segun las directrices generales para esta actividad desde referencias y normativas internacionales que respaldan el procedimiento como la ISO 20816-1 o la ISO 670, estos transductores deben colocarse desplazados 90° entre sí (entre uno y otro, en un ángulo recto), con un margen de tolerancia al error estandarizado de ± 5°, sobre el mismo plano transversal del eje. Ahora también, en el mismo procedimiento de la práctica estándar de turbomaquinarías, los sensores se posicionan a 45° a la izquierda y 45° a la derecha de la línea vertical superior del cojinete, conformando lo que se conoce como configuración X-Y.
La calidad del dato depende de esta configuración, ya que permite que el analizador procese ambas señales simultáneamente para determinar la posición relativa del eje respecto a su centro geométrico. Este arreglo nos asegura que cualquier movimiento radial del rotor, sin importar su dirección, sea captado con precisión por la instrumentación, permitiendo que el sistema electrónico vaya reconstruyendo la trayectoria de la dinámica del rotor, y con esto logremos observar si este se mantiene en su posición de equilibrio o si está siendo desplazado por fuerzas anormales.
El papel del Keyphasor
El Keyphasor es un dispositivo que detecta una marca física en el eje, como una muesca, un rebaje o una chaveta, exactamente una vez por cada revolución completa del rotor. Su función principal es proporcionar un pulso de tiempo preciso que se superpone a la señal de la órbita en forma de un punto brillante o una marca visual distintiva en la gráfica.
El punto del Keyphasor permite al analista determinar la posición exacta del eje en un instante de tiempo específico dentro de su ciclo de giro. Sin esta referencia de tiempo, la órbita sería solo una forma geométrica sin contexto temporal y no podríamos saber dónde empieza o termina el ciclo. Gracias al Keyphasor, es posible establecer la fase absoluta de la vibración y determinar la dirección de rotación del eje. Además, este sensor es fundamental para identificar la dirección de la precesión del rotor, un factor determinante para distinguir entre un desbalanceo mecánico normal y una inestabilidad hidrodinámica destructiva.
3. Visualización y recolección de los datos orbitales en planta
La obtención de las órbitas vibracionales se realiza a través de sistemas centralizados de monitoreo de maquinaria que acondicionan las señales dinámicas provenientes del campo.
Estos sistemas actúan como un centro de procesamiento que recolecta la información y la pone a disposición del especialista mediante diversas interfaces digitales. Es importante notar que en estos racks de protección suelen estar instalados cerca de la máquina para evitar la atenuación de la señal en cables largos.
Existen dos formas principales de acceder a estos gráficos para su evaluación técnica.
La primera consiste en la comunicación directa entre el sistema de protección de la máquina y un software especializado instalado en una computadora de ingeniería. Desde esta plataforma, el analista puede evaluar las órbitas en tiempo real o revisar los datos almacenados en las memorias de buffer del sistema. Esto es especialmente útil para observar cómo evoluciona la trayectoria del eje durante eventos transitorios críticos como los arranques y las paradas de emergencia.
La segunda forma implica el uso de instrumentos portátiles avanzados que posean entradas compatibles para conectarse a las salidas de señal analógica de los racks de protección (como en la imagen 5), usualmente mediante conectores BNC. En este caso, el analista debe dirigirse físicamente hasta el sistema centralizado, conectarse mediante cables configurados adecuadamente y bajar la información de los sensores. Cualquiera que sea el método elegido, el objetivo final debe ser obtener tanto los valores globales de vibración como las órbitas que representan el movimiento síncrono y total de los rotores para asegurar que operen dentro de los límites de diseño.
4. Clasificación de órbitas y su significado para el diagnóstico
Una órbita vibracional puede presentarse en dos formatos fundamentales dependiendo del procesamiento digital que se le aplique a la señal capturada: la órbita sin filtrar o total y la órbita filtrada, la cual suele estar configurada a la frecuencia de giro o a sus armónicos.
Cursos recomendados
Órbitas totales y el análisis del ruido dinámico
La órbita total muestra el movimiento real y completo del eje dentro del cojinete, incluyendo todas las frecuencias presentes y el ruido eléctrico o mecánico de la máquina.
Esta es la representación más fiel de la realidad física que ocurre dentro del cote plano. Si el analista observa que la órbita total es errática o presenta un piso de ruido elevado, debe sospechar de problemas de lubricación deficientes, procesos de cavitación en bombas o interferencias eléctricas externas.
Órbitas filtradas para la identificación de fuerzas síncronas
Para lograr un diagnóstico de mayor precisión, los especialistas utilizan las órbitas filtradas.
Una órbita filtrada a 1x RPM elimina todos los componentes que no están relacionados con la velocidad de giro del eje, siendo la herramienta ideal para evaluar el desbalanceo mecánico.
Por otro lado, la órbita filtrada a 2x RPM se utiliza para identificar problemas de desalineación o ejes que han sufrido una flexión permanente.
Al comparar visualmente la órbita total con las órbitas filtradas, el analista puede determinar cuál es la fuerza o componente de frecuencia que está dominando el comportamiento dinámico del activo en ese momento determinado.
5. La precesión Forward y Backward
Un aspecto diferenciador y único del análisis de órbitas frente a otras técnicas es la capacidad de identificar el sentido de la precesión del rotor.
La precesión se puede definir como el movimiento del centro del eje alrededor de su posición de equilibrio mientras este gira sobre su propio centro de masas. Respecto a esto, también gracias a la marca que nos deja el Keyphasor, nosotros podemos determinar con exactitud si el eje está orbitando en el mismo sentido de la rotación o en sentido contrario.
Precesión Forward y su relación con el desbalanceo
En condiciones operacionales normales y saludables, la precesión suele ser del tipo Forward, lo que significa que el centro del eje se mueve en la misma dirección en la que gira físicamente el rotor.
Este comportamiento es característico de problemas mecánicos convencionales como el desbalanceo residual. En este escenario, la fuerza centrífuga empuja constantemente al eje hacia afuera, obligándolo a seguir el ritmo del giro de una forma predecible y estable.
Precesión Backward y el riesgo de roce mecánico
La precesión del tipo Backward ocurre cuando el eje describe una órbita en sentido contrario a la rotación de la máquina. Esta condición es altamente anormal y representa un indicador de problemas de extrema gravedad.
El diagnóstico más común asociado a la precesión Backward es el roce mecánico o rubbing. Esto sucede cuando el rotor entra en contacto físico con las partes estacionarias del sistema, como los sellos laberínticos o las paredes del propio cojinete. El contacto produce un rebote violento que invierte la dirección de la órbita. Detectar la precesión Backward a tiempo es una tarea vital para evitar el gripado total del rotor y la destrucción de los componentes internos de la turbomáquina.
6. Las formas orbitales para la detección de fallas comunes
El catálogo de formas que adoptan las órbitas proporciona una guía visual que nos sirven de mucho para identificar fallas mecánicas sin necesidad de recurrir únicamente al espectro de frecuencia tradicional. Cada patología mecánica imprime un carácter distintivo en la trayectoria del eje.
Diagnóstico de desbalanceo mecánico
Un rotor que presenta un desbalanceo excesivo significa que producirá una órbita de forma circular o elíptica muy estable en el tiempo.
En la órbita filtrada a 1x RPM, el analista observará un crecimiento progresivo de la amplitud proporcional al incremento de la velocidad de giro. Si la forma resultante es un círculo perfecto, esto indica que la rigidez del soporte es uniforme en todas las direcciones radiales. Si la órbita es marcadamente elíptica, revela que la máquina posee una mayor rigidez en un eje que en otro, lo cual suele deberse a la configuración de la cimentación o el diseño de la base estructural.
Análisis de desalineación y ejes doblados
La desalineación severa entre acoples suele manifestarse con órbitas que adoptan formas complejas similares a un número ocho o a la silueta de una banana. Técnicamente, este fenómeno ocurre porque la fuerza de desalineación introduce un fuerte componente de frecuencia a 2x la velocidad de giro. La presencia de bucles internos en la gráfica de la órbita es una señal característica de que el eje está siendo forzado. El rotor está intentando seguir una trayectoria que no es natural debido a problemas de alineación geométrica o por una flexión permanente que altera su centro de masa.
Inestabilidades hidrodinámicas de Oil Whirl y Oil Whip
Uno de los diagnósticos más críticos que se realiza exclusivamente mediante órbitas es la detección del remolino de aceite, técnicamente conocido como Oil Whirl. Este fenómeno ocurre cuando el rotor pierde su estabilidad sobre la película de lubricante y comienza a flotar de forma errática sobre la cuña de aceite, orbitando a una frecuencia subsíncronas situada típicamente entre 0.43x y 0.48x la velocidad de giro.
La órbita de un Oil Whirl se reconoce visualmente por presentar múltiples bucles que no se cierran en una sola revolución de la máquina. El punto del Keyphasor en la pantalla parecerá saltar o moverse de forma desordenada a través de la órbita, indicando que el eje necesita realizar más de una vuelta física para completar su trayectoria orbital total. Ahora si esta condición anterior no se corrige y la frecuencia del remolino coincide con una velocidad crítica del rotor, el fenómeno se transforma en Oil Whip o latigazo de aceite. En este estado, la órbita crece de forma incontrolable hasta ocupar todo el espacio de holgura del cojinete, llevando al equipo a una falla inminente por contacto directo metal-metal entre el eje y la babbitt del cojinete.
7. El espacio de holgura y el análisis del DC Gap
Para realizar un análisis de órbitas verdaderamente integral, toda la trayectoria del eje debe evaluarse siempre dentro del contexto del espacio físico disponible en el cojinete plano.
Los sistemas de monitoreo avanzados permiten al analista superponer la órbita dinámica sobre un círculo de referencia que representa el límite máximo de la holgura diametral del cojinete.
Esto se logra analizando el componente de voltaje de corriente continua de los sensores de proximidad, parámetro conocido como DC Gap.
El voltaje de corriente continua (DC), nos indica de forma precisa la distancia media que existe entre la punta del sensor y la superficie del eje. Al monitorear este valor, como analistas podemos conocer en qué lugar exacto del cojinete está operando el eje en relación a su centro geométrico.
Por ejemplo, es posible detectar si el eje está operando muy abajo debido a un desgaste excesivo del material o si está muy arriba por la influencia de fuerzas hidráulicas anormales. Si la órbita registrada comienza a acercarse peligrosamente a los bordes del límite de holgura o si muestra una especie de achatamiento marcado en uno de sus lados, tenemos una evidencia física irrefutable de un roce mecánico o de una carga excesiva que está rompiendo la película protectora de lubricante.
Conclusión
El análisis de las órbitas vibracionales representa un gran nivel de especialización técnica en el monitoreo de condición (CBM), sobre todo por sus grandes aplicaciones para la turbomaquinaria industrial que son equipos por naturaleza de trabajo catalogados como críticos. Al integrar de manera coherente, con un criterio y juicio técnico, las señales de desplazamiento ortogonales capturadas por los sensores de proximidad y las referencias de tiempo provenientes del Keyphasor, esta técnica nos permite transformar sus datos eléctricos complejos de salida en esos dispositivos en un mapa con total detalle de la salud dinámica importantes componentes del activo.
Por eso, el lograr tener dominio sobre la interpretación de las formas orbitales, el sentido de la precesión y el posicionamiento de exacto de los ejes dentro de holguras es parte lo que permitirá a las organizaciones operar sus equipos más valiosos con la autoridad científica que exige la alta confiabilidad industrial (siempre y cuando el personal que los realice sea competente).
Comprender entonces, a la órbita como una representación de las interacciones constantes entre las fuerzas inerciales y las dinámicas de los fluidos es fundamental para cualquier profesional en el análisis de vibraciones que aspire a liderar los programas de monitoreo de condiciones.
Así que, si en un entorno industrial la disponibilidad de los equipos aplicables es altamente crítica y representan un gran riesgo para la rentabilidad del negocio, el análisis de órbitas puede convertirse en una herramienta muy valiosa para asegurar que las máquinas operen dentro de los límites de seguridad y eficiencia. Del mismo modo, el saber interpretar estas figuras de Lisa es, al final, como una especie de lenguaje que permite a los ingenieros y técnicos escuchar y comprender el mensaje profundo que transmiten los rotores en el corazón de la industria.
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Introducción al Análisis Orbital en Vibraciones
13 de febrero de 2026
En el campo del análisis de vibraciones, las Órbitas (o gráficos orbitales) son consideradas como una gran herramienta de diagnóstico avanzado que consiste en la representación visual de un camino bidimensional (con 2 vistas tomadas desde sensores) que describen el centro de un eje rotatorio dentro del espacio de holgura de su cojinete mientras la máquina se encuentra en operación.
El concepto fundamental detrás de las órbitas proviene de la física y la electrónica, específicamente de las denominadas Figuras de Lissajous. Estas figuras geométricas se generan al superponer dos movimientos armónicos (ondulatorios) que actúan en direcciones perpendiculares entre sí. La forma resultante de esta combinación ya sea una línea recta, un círculo o una elipse depende directamente de las frecuencias y de la fase (la relación de tiempo o sincronización) que existe entre ambas señales.
Para comenzar a comprender un poco mejor a las orbitas sin conocimientos previos y con términos un poco más simples, podemos intentar visualizar desde nuestra imaginación que el eje de una máquina no gira sobre un punto fijo perfecto, sino que se mueve ligeramente hacia los lados debido a las fuerzas internas (como en la siguiente imagen). Si pudiéramos colocar un lápiz justo en el centro de ese eje mientras gira, este dibujaría una figura o trazo en el aire.
Ese dibujo o trayectoria física que resulta del movimiento es lo que llamamos órbita. Esta herramienta técnica permite observar ese movimiento dinámico real del rotor en un plano transversal, proporcionando una perspectiva que los espectros de frecuencia convencionales no logran reflejar por completo en sus gráficas.
Ahora, en lo que respecta a la importancia de este análisis es absoluta en el caso de las maquinarias rotativas, sobre todo en las de gran tamaño y alta criticidad, como las turbomaquinarías, la cual suele estar apoyada sobre cojinetes de película de aceite o cojinetes planos. En este tipo de activos industriales, el análisis de las señales a través de la Transformada Rápida de Fourier (TFF) presenta limitaciones importantes para determinar la rotodinámica exacta y esto ocurre porque los espectros comunes no pueden representar de forma clara cómo van interactuando los rotores con el fluido lubricante. Al poder contar con un registro de órbitas confiable, los especialistas pueden identificar condiciones de riesgo inminente como el roce metálico o la inestabilidad de la película de aceite antes de que se produzcan daños catastróficos. La capacidad de anticipar estos fallos protege la integridad del activo y asegura la continuidad operativa de equipos en sistemas y plantas complejas donde una parada no programada implica un alto costo.
El desarrollo de este procedimiento se basa en la combinación de señales provenientes de dos sensores de proximidad instalados de forma usualmente permanente en posiciones ortogonales sobre el alojamiento del cojinete. Este registro sirve para determinar la magnitud del desplazamiento de la pieza, la dirección de la vibración y la posición relativa del eje respecto a su centro geométrico. Mediante el uso de una referencia de tiempo adicional denominada Keyphasor, el analista puede establecer la fase absoluta y la dirección del movimiento, facilitando la detección de fallas complejas como desbalanceo, desalineación severa y fenómenos de inestabilidad hidrodinámica.
A continuación, analizaremos el origen natural de estos gráficos basados en principios electrónicos, la instrumentación requerida para su captura y las formas características para un diagnóstico de precisión en la industria moderna.
1. El origen de la órbita
Desde las figuras de Lisa, siendo consideradas señales visuales que se producen al combinar dos corrientes o voltajes alternos en un plano ortogonal definido por dos ejes perpendiculares denominados eje X y eje Y. Con el area de vibraciones industriales, estas señales eléctricas nos indican que provienen del desplazamiento del eje medido por los transductores de proximidad.
Cuando el rotor gira, su movimiento genera una variación de voltaje en el tiempo en cada sensor instalado.
Al graficar el voltaje del sensor X frente al voltaje del sensor Y de forma simultánea en la pantalla de un analizador de señales dinámicas, el resultado es una curva cerrada que representa el ciclo completo de la vibración. Lo importante de este proceso es que la forma que generarán estas figuras de Lisa dependerá exclusivamente de las relaciones de fase y de las frecuencias que existan en las dos señales originales.
La utilidad de la órbita en el monitoreo en concreto nos dice que es como una especie de construcción electrónica que nos dice exactamente cómo se está deformando la trayectoria del eje bajo la influencia de las cargas dinámicas.
Influencia de la fase y la frecuencia en la forma orbital
La parte de la interacción entre los componentes de frecuencias que alimentan la señal X y la señal Y son lo que van determinando la geometría final de la trayectoria en la pantalla del analista.
Si ambas señales poseen la misma frecuencia y están exactamente en fase, es decir, con una diferencia de 0° entre ellas, o si están en contrafase absoluta a 180°, la órbita aparecerá como una línea recta. Esta condición física indica que el eje se mueve de forma lineal en una sola dirección preferencial, lo que puede ser síntoma de fuerzas dominantes en un plano específico.
Por otro lado, si existe una relación de fase de exactamente 90° entre ambas señales ortogonales, la órbita adoptaría de forma teoríca de un círculo perfecto.
En la mayoría de los escenarios industriales reales, las diferencias de fase oscilan en valores intermedios, lo que produce formas elípticas de mayor o menor excentricidad. Cuando se incorporan relaciones de fase diferentes o múltiples componentes de frecuencia, como vibración a 1x y 2x la velocidad de giro, las órbitas se transforman en figuras complejas con bucles internos o externos. Estas variaciones en la forma son las que permiten al analista realizar un diagnóstico avanzado del comportamiento del rotor sin depender exclusivamente de las amplitudes globales.
2. Instrumentación técnica para la obtención de órbitas
A diferencia de otros análisis de vibración que pueden realizarse de forma rutinaria con equipos portátiles convencionales y acelerómetros piezoeléctricos, el monitoreo de órbitas está direccionado a maquinaria de alta velocidad que requiere instrumentación permanente.
Esto se debe a que la información que es crítica para la seguridad del activo no se basa en la vibración superficial de la carcasa, sino en el desplazamiento relativo del eje respecto al soporte del cojinete.
Los sensores de proximidad y el principio de corrientes de Eddy
Los transductores de proximidad son muy conocidos también como sensores de no contacto o sondas de desplazamiento. Estos dispositivos operan bajo el origen natural de la variación de un campo magnético inducido por la cercanía de una superficie conductora como es el eje de acero.
Para construir una órbita vibracional completa, se requiere obligatoriamente una configuración de dos sensores de estos por cada chumacera o cojinete plano.
Segun las directrices generales para esta actividad desde referencias y normativas internacionales que respaldan el procedimiento como la ISO 20816-1 o la ISO 670, estos transductores deben colocarse desplazados 90° entre sí (entre uno y otro, en un ángulo recto), con un margen de tolerancia al error estandarizado de ± 5°, sobre el mismo plano transversal del eje. Ahora también, en el mismo procedimiento de la práctica estándar de turbomaquinarías, los sensores se posicionan a 45° a la izquierda y 45° a la derecha de la línea vertical superior del cojinete, conformando lo que se conoce como configuración X-Y.
La calidad del dato depende de esta configuración, ya que permite que el analizador procese ambas señales simultáneamente para determinar la posición relativa del eje respecto a su centro geométrico. Este arreglo nos asegura que cualquier movimiento radial del rotor, sin importar su dirección, sea captado con precisión por la instrumentación, permitiendo que el sistema electrónico vaya reconstruyendo la trayectoria de la dinámica del rotor, y con esto logremos observar si este se mantiene en su posición de equilibrio o si está siendo desplazado por fuerzas anormales.
El papel del Keyphasor
El Keyphasor es un dispositivo que detecta una marca física en el eje, como una muesca, un rebaje o una chaveta, exactamente una vez por cada revolución completa del rotor. Su función principal es proporcionar un pulso de tiempo preciso que se superpone a la señal de la órbita en forma de un punto brillante o una marca visual distintiva en la gráfica.
El punto del Keyphasor permite al analista determinar la posición exacta del eje en un instante de tiempo específico dentro de su ciclo de giro. Sin esta referencia de tiempo, la órbita sería solo una forma geométrica sin contexto temporal y no podríamos saber dónde empieza o termina el ciclo. Gracias al Keyphasor, es posible establecer la fase absoluta de la vibración y determinar la dirección de rotación del eje. Además, este sensor es fundamental para identificar la dirección de la precesión del rotor, un factor determinante para distinguir entre un desbalanceo mecánico normal y una inestabilidad hidrodinámica destructiva.
3. Visualización y recolección de los datos orbitales en planta
La obtención de las órbitas vibracionales se realiza a través de sistemas centralizados de monitoreo de maquinaria que acondicionan las señales dinámicas provenientes del campo.
Estos sistemas actúan como un centro de procesamiento que recolecta la información y la pone a disposición del especialista mediante diversas interfaces digitales. Es importante notar que en estos racks de protección suelen estar instalados cerca de la máquina para evitar la atenuación de la señal en cables largos.
Existen dos formas principales de acceder a estos gráficos para su evaluación técnica.
La primera consiste en la comunicación directa entre el sistema de protección de la máquina y un software especializado instalado en una computadora de ingeniería. Desde esta plataforma, el analista puede evaluar las órbitas en tiempo real o revisar los datos almacenados en las memorias de buffer del sistema. Esto es especialmente útil para observar cómo evoluciona la trayectoria del eje durante eventos transitorios críticos como los arranques y las paradas de emergencia.
La segunda forma implica el uso de instrumentos portátiles avanzados que posean entradas compatibles para conectarse a las salidas de señal analógica de los racks de protección (como en la imagen 5), usualmente mediante conectores BNC. En este caso, el analista debe dirigirse físicamente hasta el sistema centralizado, conectarse mediante cables configurados adecuadamente y bajar la información de los sensores. Cualquiera que sea el método elegido, el objetivo final debe ser obtener tanto los valores globales de vibración como las órbitas que representan el movimiento síncrono y total de los rotores para asegurar que operen dentro de los límites de diseño.
4. Clasificación de órbitas y su significado para el diagnóstico
Una órbita vibracional puede presentarse en dos formatos fundamentales dependiendo del procesamiento digital que se le aplique a la señal capturada: la órbita sin filtrar o total y la órbita filtrada, la cual suele estar configurada a la frecuencia de giro o a sus armónicos.
Cursos recomendados
Órbitas totales y el análisis del ruido dinámico
La órbita total muestra el movimiento real y completo del eje dentro del cojinete, incluyendo todas las frecuencias presentes y el ruido eléctrico o mecánico de la máquina.
Esta es la representación más fiel de la realidad física que ocurre dentro del cote plano. Si el analista observa que la órbita total es errática o presenta un piso de ruido elevado, debe sospechar de problemas de lubricación deficientes, procesos de cavitación en bombas o interferencias eléctricas externas.
Órbitas filtradas para la identificación de fuerzas síncronas
Para lograr un diagnóstico de mayor precisión, los especialistas utilizan las órbitas filtradas.
Una órbita filtrada a 1x RPM elimina todos los componentes que no están relacionados con la velocidad de giro del eje, siendo la herramienta ideal para evaluar el desbalanceo mecánico.
Por otro lado, la órbita filtrada a 2x RPM se utiliza para identificar problemas de desalineación o ejes que han sufrido una flexión permanente.
Al comparar visualmente la órbita total con las órbitas filtradas, el analista puede determinar cuál es la fuerza o componente de frecuencia que está dominando el comportamiento dinámico del activo en ese momento determinado.
5. La precesión Forward y Backward
Un aspecto diferenciador y único del análisis de órbitas frente a otras técnicas es la capacidad de identificar el sentido de la precesión del rotor.
La precesión se puede definir como el movimiento del centro del eje alrededor de su posición de equilibrio mientras este gira sobre su propio centro de masas. Respecto a esto, también gracias a la marca que nos deja el Keyphasor, nosotros podemos determinar con exactitud si el eje está orbitando en el mismo sentido de la rotación o en sentido contrario.
Precesión Forward y su relación con el desbalanceo
En condiciones operacionales normales y saludables, la precesión suele ser del tipo Forward, lo que significa que el centro del eje se mueve en la misma dirección en la que gira físicamente el rotor.
Este comportamiento es característico de problemas mecánicos convencionales como el desbalanceo residual. En este escenario, la fuerza centrífuga empuja constantemente al eje hacia afuera, obligándolo a seguir el ritmo del giro de una forma predecible y estable.
Precesión Backward y el riesgo de roce mecánico
La precesión del tipo Backward ocurre cuando el eje describe una órbita en sentido contrario a la rotación de la máquina. Esta condición es altamente anormal y representa un indicador de problemas de extrema gravedad.
El diagnóstico más común asociado a la precesión Backward es el roce mecánico o rubbing. Esto sucede cuando el rotor entra en contacto físico con las partes estacionarias del sistema, como los sellos laberínticos o las paredes del propio cojinete. El contacto produce un rebote violento que invierte la dirección de la órbita. Detectar la precesión Backward a tiempo es una tarea vital para evitar el gripado total del rotor y la destrucción de los componentes internos de la turbomáquina.
6. Las formas orbitales para la detección de fallas comunes
El catálogo de formas que adoptan las órbitas proporciona una guía visual que nos sirven de mucho para identificar fallas mecánicas sin necesidad de recurrir únicamente al espectro de frecuencia tradicional. Cada patología mecánica imprime un carácter distintivo en la trayectoria del eje.
Diagnóstico de desbalanceo mecánico
Un rotor que presenta un desbalanceo excesivo significa que producirá una órbita de forma circular o elíptica muy estable en el tiempo.
En la órbita filtrada a 1x RPM, el analista observará un crecimiento progresivo de la amplitud proporcional al incremento de la velocidad de giro. Si la forma resultante es un círculo perfecto, esto indica que la rigidez del soporte es uniforme en todas las direcciones radiales. Si la órbita es marcadamente elíptica, revela que la máquina posee una mayor rigidez en un eje que en otro, lo cual suele deberse a la configuración de la cimentación o el diseño de la base estructural.
Análisis de desalineación y ejes doblados
La desalineación severa entre acoples suele manifestarse con órbitas que adoptan formas complejas similares a un número ocho o a la silueta de una banana. Técnicamente, este fenómeno ocurre porque la fuerza de desalineación introduce un fuerte componente de frecuencia a 2x la velocidad de giro. La presencia de bucles internos en la gráfica de la órbita es una señal característica de que el eje está siendo forzado. El rotor está intentando seguir una trayectoria que no es natural debido a problemas de alineación geométrica o por una flexión permanente que altera su centro de masa.
Inestabilidades hidrodinámicas de Oil Whirl y Oil Whip
Uno de los diagnósticos más críticos que se realiza exclusivamente mediante órbitas es la detección del remolino de aceite, técnicamente conocido como Oil Whirl. Este fenómeno ocurre cuando el rotor pierde su estabilidad sobre la película de lubricante y comienza a flotar de forma errática sobre la cuña de aceite, orbitando a una frecuencia subsíncronas situada típicamente entre 0.43x y 0.48x la velocidad de giro.
La órbita de un Oil Whirl se reconoce visualmente por presentar múltiples bucles que no se cierran en una sola revolución de la máquina. El punto del Keyphasor en la pantalla parecerá saltar o moverse de forma desordenada a través de la órbita, indicando que el eje necesita realizar más de una vuelta física para completar su trayectoria orbital total. Ahora si esta condición anterior no se corrige y la frecuencia del remolino coincide con una velocidad crítica del rotor, el fenómeno se transforma en Oil Whip o latigazo de aceite. En este estado, la órbita crece de forma incontrolable hasta ocupar todo el espacio de holgura del cojinete, llevando al equipo a una falla inminente por contacto directo metal-metal entre el eje y la babbitt del cojinete.
7. El espacio de holgura y el análisis del DC Gap
Para realizar un análisis de órbitas verdaderamente integral, toda la trayectoria del eje debe evaluarse siempre dentro del contexto del espacio físico disponible en el cojinete plano.
Los sistemas de monitoreo avanzados permiten al analista superponer la órbita dinámica sobre un círculo de referencia que representa el límite máximo de la holgura diametral del cojinete.
Esto se logra analizando el componente de voltaje de corriente continua de los sensores de proximidad, parámetro conocido como DC Gap.
El voltaje de corriente continua (DC), nos indica de forma precisa la distancia media que existe entre la punta del sensor y la superficie del eje. Al monitorear este valor, como analistas podemos conocer en qué lugar exacto del cojinete está operando el eje en relación a su centro geométrico.
Por ejemplo, es posible detectar si el eje está operando muy abajo debido a un desgaste excesivo del material o si está muy arriba por la influencia de fuerzas hidráulicas anormales. Si la órbita registrada comienza a acercarse peligrosamente a los bordes del límite de holgura o si muestra una especie de achatamiento marcado en uno de sus lados, tenemos una evidencia física irrefutable de un roce mecánico o de una carga excesiva que está rompiendo la película protectora de lubricante.
Conclusión
El análisis de las órbitas vibracionales representa un gran nivel de especialización técnica en el monitoreo de condición (CBM), sobre todo por sus grandes aplicaciones para la turbomaquinaria industrial que son equipos por naturaleza de trabajo catalogados como críticos. Al integrar de manera coherente, con un criterio y juicio técnico, las señales de desplazamiento ortogonales capturadas por los sensores de proximidad y las referencias de tiempo provenientes del Keyphasor, esta técnica nos permite transformar sus datos eléctricos complejos de salida en esos dispositivos en un mapa con total detalle de la salud dinámica importantes componentes del activo.
Por eso, el lograr tener dominio sobre la interpretación de las formas orbitales, el sentido de la precesión y el posicionamiento de exacto de los ejes dentro de holguras es parte lo que permitirá a las organizaciones operar sus equipos más valiosos con la autoridad científica que exige la alta confiabilidad industrial (siempre y cuando el personal que los realice sea competente).
Comprender entonces, a la órbita como una representación de las interacciones constantes entre las fuerzas inerciales y las dinámicas de los fluidos es fundamental para cualquier profesional en el análisis de vibraciones que aspire a liderar los programas de monitoreo de condiciones.
Así que, si en un entorno industrial la disponibilidad de los equipos aplicables es altamente crítica y representan un gran riesgo para la rentabilidad del negocio, el análisis de órbitas puede convertirse en una herramienta muy valiosa para asegurar que las máquinas operen dentro de los límites de seguridad y eficiencia. Del mismo modo, el saber interpretar estas figuras de Lisa es, al final, como una especie de lenguaje que permite a los ingenieros y técnicos escuchar y comprender el mensaje profundo que transmiten los rotores en el corazón de la industria.
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