Tabla de Contenido

El riesgo de las frecuencias de resonancia en máquinas

9 de enero de 2026

Autor: Román VenturaIngeniero de Mantenimiento Industrial, Especialista Jr. en Ingeniería de Confiabilidad y Gestión de Activos.

romanventura99@gmail.com - Ver perfil de LinkedIn

El comportamiento de las vibraciones, las frecuencias a las que ocurren y el fenómeno de la resonancia permiten desvelar el qué, el cómo y el porqué de un gran riesgo oculto de la operación industrial, proporcionando una guía para identificarlo y gestionarlo eficazmente. Desde el plano de las vibraciones mecánicas, estas se definen como movimientos oscilatorios o acciones repetitivas de un cuerpo alrededor de su posición de equilibrio. Tales permiten ser representadas a través de variables y parámetros físicos que reflejan la naturaleza de su comportamiento, convirtiéndolas en elementos medibles y cuantificables; esto permite transformarlas en un indicador de la salud de diversos activos, debido a que son, en sí mismas, inherentes al funcionamiento y operación de una gran diversidad de estos. Por esta razón, el estudio de las vibraciones es crucial para prevenir fallas catastróficas, garantizar la seguridad operacional y maximizar la vida útil y la confiabilidad de los equipos industriales.

En el mismo sentido, las vibraciones en la industria son tomadas en consideración y sometidas a evaluación mediante ciertas reglas y normativas que se han formado gracias al avance tecnológico con límites específicos, los cuales, al ser superados, pueden convertirse a su vez en diferentes fenómenos de falla derivados tanto de mecanismos de deterioro internos como de condiciones operacionales externas. Dentro de este espectro anomalías, la resonancia se destaca como una de las condiciones más peligrosas, la cual tiene una capacidad de llevar las amplitudes de oscilación hasta niveles tan destructivos que pueden acabar una estructura o máquina en cuestión de segundos, y tales se perciben como un riesgo oculto en las operaciones industriales.

Imagen 1. El riesgo oculto de las vibraciones

Cuando un analista o profesional de campo se enfrenta a niveles de vibración inusualmente altos, la primera inclinación suele ser buscar un componente defectuoso. Sin embargo, existen escenarios donde el problema no reside en una parte dañada o deteriorada, sino en una coincidencia desafortunada de ritmos entre frecuencias de la fuerza de operación y la estructura misma que soporta al equipo. Por ello, el estudio de los fenómenos es crucial para prevenir fallas catastróficas y garantizar la continuidad operativa, la seguridad del personal y de los equipos industriales.

Fundamentos de la Dinámica Vibratoria

Antes de abordar el punto central de la resonancia, se hace necesario aclarar un poco el panorama sobre las capacidades de monitoreo de las vibraciones desde los grandes sectores donde estas se trasladan y donde poseen una influencia científicamente evidenciada. Comenzando desde lo básico, a partir del análisis de las estructuras dinámicas con lo que normalmente percibimos como lo aparentemente estático, hasta llegar a los activos más dinámicos como el caso de las maquinarias, planteando un concepto que desafía nuestra intuición al recordarnos que la rigidez absoluta no existe. Todo cuerpo sólido reacciona y oscila ante su entorno, lo que establece una antelación necesaria al estudio de las maquinarias industriales.

Perspectiva desde las infraestructuras

Las infraestructuras suelen reflejar un comportamiento predominantemente estático desde el punto de vista de sus condiciones normales y escenarios comunes. Dentro de este grupo destacan todo tipo de grandes estructuras de edificios, viaductos y puentes, tanques de almacenamiento, represas, así como los diversos sistemas de ductos (en redes de tuberías de acueductos, gasoductos, oleoductos y poliductos, entre otros).

El detalle de por qué son considerados en este punto consiste en formar una base para romper con la percepción de la inamovilidad absoluta de estos activos. Puesto que, aunque la vibración sea un comportamiento de características dinámicas y una estructura como un edificio no contenga partes móviles con una operación similar a la de un motor térmico o eléctrico, podemos comprender que estos también forman parte de todos los sistemas físicos y vibratorios, los cuales contienen propiedades elementales como: masa (inercia), rigidez (elasticidad) y amortiguamiento (disipación de energía).

Imagen 2. Vibraciones desde la Infraestructura

Por eso, desde el punto de vista físico, los mismos edificios tienen en su propia estructura masas distribuidas entre sus pisos y columnas, mientras que la elasticidad de sus materiales permite que la estructura actúe, en esencia, como un resorte gigante. Para gestionar estos riesgos que se encuentran de cierto modo ocultos, la ingeniería se encargó de pasar desde la observación visual a una escucha mucho más activa a través de varios métodos con diferentes aplicaciones, utilizando equipos como los sismógrafos mecánicos, los cuales han evolucionado a otros empleados hoy en día como Sistemas Microelectromecánicos (MEMS) y redes de Monitoreo de Salud Estructural (SHM).

El despliegue de estas redes de monitoreo es vital para la seguridad pública, pues históricamente muchas estructuras han sido vulnerables a fallas sin que exista una capacidad de monitoreo adecuada que permita alertar sobre fatigas invisibles en los materiales antes de un colapso inminente. Este tipo de vibraciones ocurren porque los materiales como el acero y el concreto no son infinitamente rígidos sino que absorben energía y responden con movimientos oscilatorios ante excitaciones externas como los sismos y ráfagas de viento, hasta fenómenos más alejados como la actuación concentrada y constante del tráfico peatonal y vehicular, o el salto conjunto de los hinchas de un estadio de fútbol o béisbol siendo acumulados.

Un ducto, por ejemplo, puede vibrar por la turbulencia del flujo interno o por la vibración transmitida por una bomba conectada, demostrando que la estática es solo una condición de reposo temporal rota por las fuerzas de la naturaleza o la operación industrial.

A los más dinámicos e industriales

Al trasladar nuestro análisis hacia los sistemas más dinámicos e industriales, entramos en un dominio donde la vibración pasa a dejar de ser una respuesta ocasional para convertirse en un elemento clave de la producción en las áreas de; generación de energía, industrias de proceso, fábricas de manufactura, transporte (automóviles, aviones y buques) e inclusive de tecnología y electrónica (con dispositivos de laboratorio de todo tipo y de trabajo de campo como sensores). Destacando dentro de estos sectores, la presencia de los diferentes sistemas mecánicos incluyendo la maquinaria rotativa y reciprocante, tal como; los motores, turbinas de gas o vapor, turbogeneradores, sistemas de bombeo, compresores y transmisiones mediante cajas de engranajes.

Por sus diferentes aplicaciones, todas las maquinarias forman parte fundamental de la base de las industrias modernas y su comportamiento dinámico es, en efecto, extremadamente complejo en ciertos casos. Esto se explica porque, al igual que las grandes estructuras, estas carecen de una rigidez infinita, lo que permite la aparición de varios grados de flexibilidad a diferentes frecuencias. Desde este contexto, entendemos la frecuencia como el parámetro que representa la medida de cuán rápido ocurre dicha oscilación o cuántas veces se repite el movimiento en un segundo; no obstante, para un analista es fundamental anticipar que todo cuerpo posee una frecuencia natural, definida como la frecuencia a la que un sistema vibra libremente.

En este entorno industrial, de todos los parámetros que pueden medirse hoy en día, la vibración es uno de los que contienen la mayor cantidad de información sobre la condición interna de la maquinaria. A través del espectro de vibración, donde las firmas (señales) de una máquina en operación nos proporcionan datos mucho más profundos que otras pruebas no destructivas, actuando como un registro continuo del estado mecánico de sus componentes. Bajos niveles de vibración dentro de los límites nos indican que el equipo se encuentra en buen estado, pero cuando estos se elevan, es una señal inequívoca de que algo comienza a ir mal

Desde tal punto, es fundamental precisar que, a diferencia de las infraestructuras estáticas, en estos activos intervienen movimientos tanto internos como externos; por lo tanto, su respuesta no es simplemente una reacción a excitaciones externas en un formato pasivo, sino el producto de una interacción dinámica propia que da lugar y corresponde con tantas frecuencias forzadas como haya en el sistema, la cual se manifiesta como el comportamiento del sistema bajo la influencia de las cargas cíclicas generadas por su funcionamiento. En otras palabras, las maquinarias no son como unos bloques rígidos, sino un conjunto de elementos con grados de libertad; tales grados, son las coordenadas mínimas e independientes requeridas para definir la configuración de un sistema y que le permiten moverse en múltiples direcciones donde en cada una tendrá detrás de cada una rigidez diferente.

Esta complejidad incluye fuerzas inherentes a la operación, como la fuerza centrífuga que genera vibraciones sincrónicas (denominadas 1 x RPM), pero también excitaciones permanentes como las frecuencias de paso de álabes en bombas o de engranado en cajas de transmisión. Incluso pueden aparecer frecuencias de falla, como el 2 x RPM por desalineación o impactos por defectos en rodamientos, que fuerzan a la máquina a una dinámica específica. El registro de estos datos se realiza mediante instrumentos llamados analizadores de vibración, los cuales se pueden configurar según el activo y sus componentes, operando de forma portátil o continua; equipado con sensores acelerómetros, velocímetros o de desplazamiento.

A partir de esa información, para diagnosticar de forma adecuada los problemas en la maquinaria, se vuelve imprescindible diferenciar entre la vibración libre y forzada, comprendiendo cómo la respuesta natural de un sistema interactúa con las fuerzas externas de la operación diaria. Siendo esta entonces, la base para identificar el riesgo de resonancia y actuar antes de que se produzca una falla, ya que, aunque la vibración sea inherente al diseño y operación de las máquinas, existen condiciones específicas que pueden amplificarla hasta niveles destructivos. En este contexto, como mencionamos es vital comprender que la fuente de excitación no siempre es interna, de modo que las estructuras que entran en resonancia pueden ser un accesorio o infraestructura adyacente como pedestales, soportes o tuberías que entra en sincronía con la frecuencia de giro del rotor. Esta dinámica es especialmente crítica en maquinaria de velocidad variable, como motores de corriente continua o equipos con variadores de frecuencia, donde los niveles de vibración se disparan al coincidir los rangos operativos con la frecuencia natural de la base o estructura soporte.

La Frecuencia Natural y la vibración libre

El concepto de vibración libre, puede definir como la respuesta de un cuerpo solido ante un impulso transitorio (o temporal). Es decir, cuando un cuerpo es sometido a una fuerza temporal y luego se deja oscilar por su cuenta, este vibrará libremente a una frecuencia particular que es la propia del mismo (Ya, que una vez que la fuerza inicial desaparece, el cuerpo vibra por sí mismo hasta que su energía se disipa).

Imagen 4. La vibración libre el caso del Diapasón

Podemos ilustrar esto con el caso de un diapasón (mostrado en la figura), es el instrumento de percusión metálico en forma de U que emite una nota constante y pura al ser golpeado, cual cumple perfectamente con este principio. Al ser golpeado, el instrumento vibra a una frecuencia muy particular que es inherente a su diseño, hasta que el sonido y el movimiento se desvanecen. En este escenario, la forma de onda de este movimiento libre amortiguado tiene una característica distintiva, ya que la amplitud de la vibración disminuye de manera progresiva con el tiempo. Sin embargo, tanto su período como su frecuencia permanecen constantes hasta que el movimiento cesa por completo, siendo esta frecuencia característica de la vibración libre la que se conoce técnicamente como frecuencia natural.

Ahora debemos entender que la frecuencia natural no es un problema en sí misma, sino una propiedad intrínseca del objeto determinada por las características y configuración de su diseño físico en el que actúan los pilares de la frecuencia natural.

Los pilares de la frecuencia natural

La frecuencia a la que un cuerpo prefiere vibrar depende de una combinación de ciertos factores intrínsecos que definen su identidad dinámica. Según los tratados fundamentales de vibraciones mecánicas, estos factores son los siguientes:

Imagen 5. Pilares de la Frecuencia Natural

Masa (m): Se refiere al peso y la distribución de la materia en el componente. Existe una relación inversa; un aumento en la masa tiende a bajar la frecuencia natural del sistema.
Rigidez (k): Es la capacidad de la estructura para resistir la deformación elástica. A mayor rigidez, la frecuencia natural se desplaza hacia valores más altos.
Geometría: La forma física y las dimensiones espaciales del objeto dictan cómo se distribuyen los esfuerzos y las masas.
Inercia: La resistencia que ofrece el cuerpo a los cambios en su estado de movimiento.

La Vibración forzada y el Fenómeno de la Resonancia

En un contraste del estado libre, la vibración forzada es la respuesta de un cuerpo a un impulso permanente presente en una máquina o en sus cercanías. Por este lado, los cuerpos se ven obligados a responder con la frecuencia de las fuerzas que lo están excitando, donde el movimiento forzado se suma al movimiento natural y genera una dinámica vibratoria particular en el comportamiento de las máquinas. En consecuencia de estos mismos movimientos, tanto los activos básicos y sencillos como los sistemas complejos pueden tener múltiples frecuencias naturales y estar sujeto a numerosas frecuencias forzadas, lo que puede ir preparando el terreno para una posible y peligrosa coincidencia.

El fenómeno de la resonancia ocurre cuando una frecuencia forzada se iguala o se acerca peligrosamente a la frecuencia natural del sistema. En este estado de sincronía, la transferencia de energía es extremadamente eficiente y las amplitudes de vibración crecen de manera exponencial, superando la capacidad del amortiguamiento para disiparlas. Debido a esto, las resonancias son consideradas como uno de los fenómenos peligrosos de los entornos industriales, puesto que como proceso ocurren mediante una transferencia de energía altamente eficiente donde, en lugar de disiparse, la energía de cada ciclo se suma a la del ciclo anterior, aumentando la amplitud dramáticamente.

Específicamente, cuando se cruza del estado de vibración libre al de vibración forzada en una planta industrial, las máquinas están constantemente sometidas a fuerzas de excitación, como el desbalanceo residual de un ventilador o la desalineación de un acople. Si la frecuencia de una de estas fuerzas coincide con la frecuencia natural de la estructura o de la propia máquina, se produce una amplificación fuera de serie. Esta severidad vibratoria fuera de control somete a los materiales a esfuerzos de fatiga extremos, comprometiendo la integridad de los anclajes y acelerando el desgaste de los componentes críticos hasta su falla definitiva. Aunque la vibración es una parte inherente y esperada de la operación de cualquier equipo rotativo, sin duda alguna estas condiciones específicas que pueden transformarla en un agente destructivo si no se identifica y gestiona eficazmente bajo los principios del monitoreo de condición y confiabilidad.

Consecuencias más críticas de las resonancias

Sintetizando parte de los impactos de mayor relevancia que este fenómeno genera sobre la salud de los activos y la rentabilidad organizacional estos son:

Desde el aspecto organizacional:

Imagen 7. Consecuencias Organizacionales de la resonancia en equipos

Impacto económico: Por paradas no programadas generan pérdidas que se traducen en dinero, además de tener una tendencia a duplicar los costos de mantenimiento en comparación con estrategias proactivas.
Riesgo humano: Con la desintegración de componentes que puede lanzar proyectiles metálicos peligrosos, sumado a los efectos biológicos negativos en el personal expuesto a rangos de frecuencia peligrosos.
Daño ambiental: La resonancia en tuberías y bridas facilita la ruptura de juntas, provocando fugas de productos tóxicos o inflamables con consecuencias legales graves.

Desde la operación:

Imagen 8. Daños provocados a la parte mecánica

Deterioro por fatiga: Desde la coincidencia de frecuencias que inducen los esfuerzos cíclicos extremos que derivan en fracturas por fatiga del metal en componentes críticos como álabes y ejes.
Daños en los conjuntos de rotor-eje: Al alcanzar la velocidad crítica, la flexión excesiva provoca un roce destructivo contra sellos y estatores, generando calor intenso y fundición de piezas.
Soltura o Holgura mecánica: En este caso, la energía acumulada tiene la capacidad de aflojar sujetadores y pernos, comprometiendo la estabilidad estructural y la fijación del activo sobre su base.

El riesgo de las frecuencias de resonancia en máquinas