Aceleración, velocidad y desplazamiento
Una vibración se describe por cuánto se mueve una superficie (desplazamiento), a qué velocidad lo hace (velocidad) o con qué rapidez cambia esa velocidad (aceleración). Para una única vibración sinusoidal de frecuencia f, las tres se relacionan mediante la frecuencia angular ω = 2πf:
v = a / (2πf) d = v / (2πf)
La misma velocidad supone, por tanto, un gran desplazamiento a baja frecuencia y una gran aceleración a alta frecuencia. Por eso el desplazamiento se usa para ejes lentos y estructuras, la velocidad para el estado general de las máquinas y la aceleración para rodamientos y engranajes.
Pico, eficaz y pico a pico
Cada magnitud puede expresarse de tres formas:
- Pico: el mayor valor en un ciclo
- Eficaz (RMS): pico / √2 para una sinusoide
- Pico a pico: la oscilación total, 2 × pico
Por convenio, la aceleración suele darse como pico (g), la velocidad como valor eficaz (mm/s o in/s) y el desplazamiento como pico a pico (µm o mils). Compruebe siempre cuál usa una hoja de datos o un límite: confundir desplazamiento eficaz y pico a pico es un error de 2,8 veces.
Ejemplo de cálculo
El cojinete de una bomba muestra 4,5 mm/s eficaces a 50 Hz (3000 rpm):
- Velocidad pico 6,36 mm/s, pico a pico 12,73 mm/s
- Aceleración pico 0,204 g (2,00 m/s²)
- Desplazamiento pico a pico 40,5 µm
- Un acelerómetro de 100 mV/g da 20,4 mV pico, 14,4 mV eficaces
Para una máquina de 15–300 kW sobre cimentación rígida, 4,5 mm/s es el límite entre las zonas C y D de la ISO 10816-3.
Zonas de severidad
La ISO 10816-3 evalúa las máquinas de más de 15 kW por la velocidad eficaz de banda ancha medida en los alojamientos de los cojinetes, de 10 a 1000 Hz:
- Zona A: máquinas recién puestas en servicio
- Zona B: aceptable para funcionamiento prolongado sin restricciones
- Zona C: no apta para funcionamiento continuo prolongado; planifique el mantenimiento
- Zona D: suficiente para causar daños
Los límites dependen del tamaño de la máquina y de si la cimentación es rígida o flexible. La ISO 20816-3:2022 ha sustituido a la ISO 10816-3; los contratos y normas de planta a menudo citan aún la edición anterior, así que use la que se aplique a su prueba de aceptación.
Elegir un acelerómetro
El conversor muestra la aceleración que verá el sensor. Elija un rango de medida con margen para choques y armónicos, y un rango de frecuencia que cubra la velocidad de giro y las frecuencias de los rodamientos. Los sensores de uso general son de 100 mV/g; para máquinas lentas con aceleraciones pequeñas, use 500 mV/g o más. Para lazos hacia un PLC, los transmisores de vibración de 4–20 mA entregan directamente la velocidad eficaz; escálelos con el convertidor 4–20 mA.
Errores frecuentes
Aplicar conversiones de una sola frecuencia a valores globales. Una lectura de banda ancha contiene muchas frecuencias; dividir una aceleración global por 2πf a la velocidad de giro no da la velocidad global.
Mezclar pico y eficaz. Algunos equipos portátiles muestran valores «pico» calculados como √2 × eficaz («pico derivado»), que difieren del pico real de una señal real.
Ignorar el rango de frecuencia. Dos instrumentos con filtros distintos pueden mostrar valores globales diferentes en la misma máquina.
Preguntas frecuentes
¿Qué unidades admite?
Aceleración en g y m/s², velocidad en mm/s e in/s, desplazamiento en µm y mils (milésimas de pulgada).
¿1 g es exactamente 9,81 m/s²?
La conversión usa la gravedad normal, 9,80665 m/s².
¿La evaluación por zonas sirve para cualquier máquina?
Solo para los grupos de máquinas y condiciones de la ISO 10816-3. Las máquinas alternativas, los aerogeneradores y otras tienen sus propias partes de la norma.