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Análisis de fase en vibraciones mecánicas

 Técnico 19 de diciembre de 2025
Román Ventura
Autor: Román VenturaIngeniero de Mantenimiento Industrial, Especialista Jr. en Ingeniería de Confiabilidad y Gestión de Activos.
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El análisis de vibraciones entrega resultados determinantes cuando logramos establecer la relación de sincronía e interacción entre los eventos dinámicos de un equipo rotativo. Esto significa ir más allá de saber simplemente que existen fuerzas actuando en el sistema. Implica comprender el instante preciso en que cada fuerza alcanza su máximo valor y determinar si estos picos de energía ocurren al mismo tiempo o si se presentan de forma escalonada entre los distintos componentes de la máquina. Esta relación crítica se cuantifica mediante la fase de vibración, un parámetro vectorial que define el comportamiento del movimiento tanto en el espacio como en el tiempo.

Figura 1. La Fase de Vibración
Figura 1. La Fase de Vibración

Mientras que la amplitud cuantifica la severidad y la frecuencia identifica la causa, la fase describe la trayectoria física del activo en su entorno operativo, permitiendo al analista comprender la interacción de las fuerzas internas. La utilidad técnica de este parámetro se hace evidente al enfrentar fallas con síntomas espectrales idénticos. En la práctica, tanto un desbalanceo como una desalineación suelen dominar el espectro a la frecuencia fundamental (1 X RPM). En estos escenarios, donde el espectro de frecuencia ofrece un diagnóstico ambiguo, la fase es el recurso decisivo para comprender el movimiento relativo entre los componentes. Su uso conjunto permite descartar sospechas erróneas y evitar intervenciones costosas.

Integrar la fase en el monitoreo de condición aporta la direccionalidad necesaria para validar el diagnóstico. Su medición permite verificar si los distintos puntos de un sistema se mueven en sincronía (picos que ocurren al mismo tiempo) o en oposición (picos que ocurren en momentos contrarios del ciclo), lo que resulta esencial para establecer un plan de corrección preciso.

La definición física del desfase

Conceptualmente, la fase representa el desplazamiento relativo entre los picos de dos señales armónicas. Este valor no es una medida absoluta que exista de forma aislada, sino una relación de tiempo entre dos eventos que ocurren simultáneamente. Evaluar la fase implica comparar un evento vibratorio contra una referencia fija o contra otro evento vibratorio dentro del mismo sistema.

En el proceso de medición, evaluamos la diferencia temporal entre el punto de máxima amplitud de una señal de referencia y el punto de máxima amplitud de la señal bajo análisis. Al observar el comportamiento de una máquina, podemos identificar dos estados fundamentales del movimiento:

  • Sincronía (En Fase): los puntos de medición alcanzan su desplazamiento máximo exactamente en el mismo instante (0° de diferencia).

  • Oposición (Desfasadas): existe un retraso de tiempo entre el pico de una señal y el de la otra. Este retraso es lo que cuantificamos como fase.

Para asegurar la validez de los datos y que sean confiables, la medición de fase debe realizarse siempre utilizando un filtro. En un contexto operativo real, la señal de vibración refleja el comportamiento de una máquina compleja, donde existen múltiples componentes (eje, rodamientos, engranajes) que generan señales simultáneas. Esto crea una especie de superposición de múltiples fuentes, muy parecido a una orquesta desafinada donde suena todo a la vez. Si intentamos medir el ritmo de todo ese ruido junto, el resultado será caótico e inestable. Por eso, el equipo de análisis debe configurarse para escuchar y medir la fase únicamente de la frecuencia que nos interesa (generalmente la velocidad de giro o 1 X RPM). Al aislar esa señal específica, obtenemos un ángulo de fase estable y coherente que sí sirve para diagnosticar.

¿Por qué medimos en Grados y no en Tiempo?

A pesar de que el desfase tiene un origen temporal, en el análisis de vibraciones se utilizan los grados sexagesimales (0° a 360°) como unidad de medida estándar. Esta convención facilita la interpretación al vincular el movimiento vibratorio con la rotación física del eje.

Dado que un ciclo de vibración equivale matemáticamente a una revolución completa del rotor, el uso de grados permite estandarizar el comportamiento sobre un círculo geométrico. Bajo esta equivalencia, mapeamos la posición del evento según el giro:

Figura 2. Grados-de-Medición
Figura 2. Grados-de-Medición
  • 0°: el evento máximo ocurre exactamente con la marca de referencia.

  • 180°: el evento ocurre media vuelta después de la referencia (oposición total).

  • 270°: el evento ocurre a tres cuartos de vuelta del inicio del ciclo.

  • 360°: el ciclo se completa y el sistema regresa al punto de inicio.

Esta escala angular hace que la medición sea independiente de la velocidad de giro. Si utilizáramos milisegundos, el valor de la fase cambiaría constantemente al variar las RPM de la máquina. En cambio, un desfase de 90° siempre representará un cuarto de vuelta del rotor, permitiendo un diagnóstico consistente y comparable sin importar si el equipo opera a 900 RPM o a 3600 RPM

Una vez que entendemos que la frecuencia nos indica el ritmo del evento, debemos profundizar en cómo se manifiesta físicamente ese movimiento. Aunque parezca que todo sucede al instante, existe una secuencia precisa en la que la máquina se desplaza, gana velocidad y acelera.

La cinemática entre desplazamiento velocidad y aceleración

Un comportamiento cinemático fundamental se observa al comparar las tres variables de amplitud. Aunque el desplazamiento, la velocidad y la aceleración describen el mismo fenómeno físico de la vibración, sus valores máximos no ocurren simultáneamente debido a la naturaleza física del movimiento oscilatorio.

Esta diferencia de tiempos es un desfase natural regido por las leyes del cálculo diferencial. Cada variable alcanza su pico en un momento distinto del ciclo vibratorio:

Tabla 1. Variables-de-Amplitud-y-desfase
Tabla 1. Variables-de-Amplitud-y-desfase

Esta relación fija de fase permite que los colectores de datos actuales (analizadores) calculen las tres variables a partir de un solo sensor. El instrumento procesa la señal de un acelerómetro y, mediante integración electrónica, aplica los desfases matemáticos correspondientes para presentar lecturas precisas de velocidad o desplazamiento en tiempo real.

Sin embargo, esta relación matemática es solo el principio. Para llevar este análisis al mundo real y diagnosticar fallas, necesitamos herramientas que nos permitan medir estos ángulos no solo dentro de la señal, sino contra referencias tangibles en el equipo.

Fase absoluta y la localización del punto pesado

La fase absoluta es la medición que relaciona el pico de vibración con una referencia física fija en el eje en movimiento. Es la herramienta indispensable para tareas críticas como el balanceo dinámico de rotores.

El rol del Tacómetro y la Referencia Fija

Para medir fase absoluta necesitamos un fototacómetro, dispositivo que apunta a una marca de referencia en el eje, habitualmente una cinta reflectiva. El proceso ocurre en tres etapas:

  1. El Grado Cero: cada vez que el sensor óptico detecta el paso de la cinta reflectiva, envía un pulso eléctrico al analizador que se define como el punto de referencia angular.

  2. El Conteo Angular: a partir de ese pulso, el instrumento cuenta los grados que transcurren hasta que el sensor de vibración detecta el punto de máxima amplitud.

  3. La Firma Angular: el ángulo resultante nos indica la posición angular del pico de vibración respecto a nuestra marca física.

Figura 3. Tacometro
Figura 3. Tacometro

En términos mecánicos, la fase absoluta está íntimamente ligada a la ubicación del desbalanceo residual o el punto pesado del rotor. Si realizamos la medición a la frecuencia de giro (1xRPM), el ángulo de fase ofrece el mapa exacto para saber dónde colocar el contrapeso de corrección.

Fase relativa y el comportamiento de la estructura

A diferencia de la absoluta, la fase relativa no requiere una referencia fija en el rotor. Su objetivo es comparar el movimiento entre dos puntos de la máquina para entender cómo interactúan entre sí, evaluando esencialmente la respuesta estructural.

Métodos de obtención técnica

Existen dos formas de determinar la relación de fase relativa:

  • Medición Simultánea: utilizando un equipo de dos canales, se colocan dos sensores al mismo tiempo. El instrumento compara directamente cuándo ocurre el pico en un punto frente al otro.

  • Por Cálculo: si mides la fase absoluta en dos puntos utilizando el mismo tacómetro, la resta de ambos valores nos entrega la fase relativa.

Comparación técnica entre la referencia del rotor y el movimiento estructural

En términos de diagnóstico, la fase absoluta permite localizar la posición de un pico de vibración respecto a una marca física en el rotor, siendo una herramienta fundamental para el balanceo. Por otro lado, la fase relativa se centra en evaluar si dos puntos distintos de la estructura se desplazan de forma sincronizada entre sí, sin necesidad de considerar la posición angular del eje.

Figura 4. Comparación-de-apoyos-fase
Figura 4. Comparación-de-apoyos-fase

Si la fase relativa entre dos apoyos de un rodamiento es de (picos simultáneos), ambos puntos se mueven juntos en sincronía. Si la diferencia es de (picos opuestos), los apoyos están en oposición total, moviéndose en direcciones contrarias, lo cual es un indicativo de fallas estructurales o de alineación.

Diagnóstico diferencial de fase en la desalineación

Un buen diagnostico de la fase se manifiesta al distinguir entre un desbalanceo y una desalineación de ejes. Aunque ambas fallas muestran amplitudes elevadas en 1 x RPM, su comportamiento de fase es opuesto debido a las fuerzas involucradas.

La física detrás de la fuerza de desalineación

Cuando dos equipos acoplados no comparten el mismo eje de rotación, se generan fuerzas de restricción. Estas fuerzas impiden que el conjunto se comporte como un solo bloque sólido. En su lugar, cada máquina intenta moverse de forma independiente (como si trataran de alcanzarse mutuamente en cada ciclo de giro). Este fenómeno genera síntomas que la fase revela con precisión:

Figura 5. Desalineación de Eje
Figura 5. Desalineación de Eje
  1. El síntoma del incremento axial: en condiciones normales, las fuerzas principales actúan en dirección radial (perpendicular al eje, es decir, hacia los lados o arriba/abajo). Se espera que la vibración en dirección axial (paralela al eje, en el sentido del empuje longitudinal) sea baja, típicamente menos del 50% de la radial. Si detectamos que la amplitud axial es inusualmente alta, es una señal clara de que los ejes están desalineados y con tendencia al desplazamiento de uno contra otro.

  2. El desfase de 180° grados a través del acople: es el sello distintivo de esta falla. Al comparar la fase entre el lado conductor y el conducido, encontraremos una diferencia cercana a los 180°. Esto indica que mientras un eje sube, el otro es forzado a bajar por la precarga del acople.

  3. Distorsión del movimiento: la desalineación restringe el movimiento circular. En cojinetes planos, esto se observa como una órbita elíptica. La fase detecta esta distorsión al mostrar cambios de amplitud entre la dirección horizontal y vertical.

Comparativa de diagnóstico entre desbalanceo y desalineación

Para facilitar la toma de decisiones, el analista debe evaluar la coincidencia de síntomas contrastando los datos recolectados en campo frente a los patrones de comportamiento típicos que diferencian una fuerza de masa de una fuerza de restricción, como los mostrados en la siguiente tabla:

Tabla 2. Comparativa-de-diagnóstico-entre-desbalanceo-y-desalineación
Tabla 2. Comparativa-de-diagnóstico-entre-desbalanceo-y-desalineación

En el siguiente diagrama, observaremos la diferencia fundamental entre un movimiento sincronizado y uno en oposición, lo que nos permitirá distinguir claramente entre un problema de masa y uno de alineación:

Figura 6. Desfase-Desalineación
Figura 6. Desfase-Desalineación

Al observar esta gráfica, podemos confirmar visualmente el comportamiento físico del equipo. El diagrama ilustra dos puntos de medición donde los picos de la onda vibratoria ocurren exactamente en el mismo instante (270° para ambos sensores).

  • El cálculo: Al restar los valores (270° - 270), obtenemos una Fase Relativa de 0°.

  • La interpretación física: Una diferencia de cero grados nos indica que ambas partes de la máquina se están moviendo al unísono, como si estuvieran dando saltos o "rebotes" sincronizados. Este patrón descarta fuerzas de torsión o "cabeceo" (típicas de la desalineación) y apunta directamente a una fuerza centrífuga única que empuja toda la estructura en la misma dirección: el sello inconfundible de un Desbalanceo Estático. Si, por el contrario, las ondas estuvieran separadas (una arriba y otra abajo), estaríamos ante una fase de 180° que confirmaría la desalineación.

Conclusión

La visión técnica del analista se consolida al integrar la amplitud, la frecuencia y la fase como los componentes fundamentales del diagnóstico.

Cada uno de estos 3 parámetros esenciales aporta una capa indispensable de información para entender el estado de salud de la maquinaria.

La Amplitud revela la severidad del problema, indicando cuánto vibra el equipo, mientras que la Frecuencia identifica la identidad del componente afectado, respondiendo a quién vibra. Finalmente, la Fase describe la direccionalidad y la cinemática del movimiento, explicando cómo se mueve la máquina.

Al dominar el comportamiento de estos vectores, el analista puede lograr fundamentar sus decisiones en el movimiento físico real de las partes internas de la máquina.

Con el cierre de este análisis sobre este conjunto de parámetros fundamentales, disponemos del lenguaje técnico necesario para establecer una base sólida en el monitoreo de condición. No obstante, este conocimiento es apenas el primer paso para un analista de Nivel I. La operatividad diaria de los activos exigirá considerar factores más complejos, como la resonancia, las velocidades críticas y la dinámica específica de componentes avanzados que se abordan en niveles de especialización superior.

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