Análisis de Fase

Para muchos analistas de vibración, la vida gira alrededor del espectro. Si el defecto no es

obvio en el espectro entonces el defecto no puede ser detectado. Y a veces, la condición de

defecto es mal diagnosticada porque varias condiciones se presentan a sí mismas en

maneras muy semejantes.

El uso de las lecturas de fase le puede ayudar a diferenciar entre estas condiciones. Si usted

domina el análisis de fase, su capacidad de diagnosticar defectos correctamente aumentara

considerablemente.

El análisis de fase es un instrumento muy poderoso. La percepción puede que la medida de

la fase es difícil de reunir o posiblemente que las lecturas son difíciles de comprender o

interpretar. Algunas personas pueden creer que esas medidas de fase no ofrecen

información útil. Están equivocados.

El propósito de este artículo es de mostrar que la toma de mediadas de fase no es ni difícil

de reunir ni difícil de comprender.

Comenzaremos revisando los fundamentos de fase, y entonces miraremos cómo usted

puede medir fase con un recolector de datos de un solo canal, de doble-canal, y con un

estroboscopio.

En la segunda parte de este artículo, veremos cómo estas lecturas pueden ser utilizadas para

diagnosticar una gran variedad de condiciones de defecto: desbalance, desalineación,

holgura, eje doblado, cojinete montado, la excentricidad y la resonancia. Revisaremos

cómo comparando las lecturas de la fase, se puede revelar tanto acerca de la máquina, y

daremos un vistazo rápido a la Forma de Operación de Desvío (ODS) y al análisis modal.

¿Qué es Fase?

Primero, hagamos una revisión rápida de fase.

La fase se trata de Tiempo

La fase se trata del tiempo relativo de acontecimientos relacionados. Aquí están algunos

ejemplos:

1. Al balancear estamos interesados en el tiempo entre el lugar pesado en el rotor y una

señal de referencia en el eje. Necesitamos determinar donde está ubicado ese lugar pesado,

y la cantidad de peso necesaria para contrarrestar las fuerzas giratorias.

2. Cuando miramos las condiciones de defecto como desbalance, desalineación,

excentricidad, y problemas de base, estamos interesados en las fuerzas dinámicas dentro de

la máquina, y como resultado, el movimiento de un punto en relación con otro punto.

3. Podemos utilizar fase para comprender el movimiento de la máquina o la estructura

cuando sospechamos de resonancia estructural en una máquina, donde toda la máquina

puede estar oscilando de un lado a otro, torciéndose o botando de arriba hacia abajo.

Por lo tanto, fase es muy útil al balancear, y al tratar de comprender el movimiento de una

máquina o la estructura. Pero la fase es también muy útil al tratar de diagnosticar

condiciones de defecto de la máquina. Si su actitud es de “los niveles de vibración son altos

– necesita una reparación mayor”, entonces usted probablemente no tenga ningún interés en

fase. Pero si usted quiere hacer un diagnóstico exacto, y distinguir correctamente entre los

defectos como desbalance, desalineación y eje doblado, entonces fase es un instrumento

imprescindible.

Fundamentos de Fase

Si usted mide la vibración de una máquina y filtra todas las fuentes de vibración dejando

sólo la vibración en la frecuencia que corresponden a la velocidad operacional (es decir

vibración 1X) entonces la forma de ondas de tiempo es una onda de seno. El nivel de la

vibración será dictado por varios factores, pero nos enfocaremos solo en las fuerzas debidas

al desbalance.

Utilicemos un simple ventilador como nuestra máquina de referencia. Hay una moneda de

oro añadida a una de las hojas, que genera la fuerza de desbalance. Vemos una onda de

seno con los correspondientes ángulos de rotación como se muestra en la Figura 1.

Pero esta información por sí sola no nos dice mucho. La fase es una medida relativa, así

que necesitamos comparar una fuente de vibración a otra fuente de vibración o a una

referencia de alguna clase.

Primero trataremos de comprender fase comparando dos fuentes de vibración. Si tuvimos

dos ventiladores idénticos, cada uno con monedas en una hoja (para generar la fuerza de

desbalance), esperaríamos ver ondas de seno en cada ventilador como se muestra en la

Figura 2. Si los ventiladores estuvieran perfectamente sincronizados tanto que ambas

monedas estuvieran en la posición de las 12:00 al mismo tiempo, se diría que están “en-

fase”.

Sin embargo, si una moneda estuviera arriba (12:00) cuando la otra estuviera abajo (6:00),

estarían “180° fuera de fase”, como se muestra en la Figura 3. ¿Por qué 180°? Porque una

rotación es 360°, así que la mitad de una rotación es 180°.

Y si una moneda estuviera arriba, y la otra a un cuarto de una rotación alrededor, serían 90°

(o 270°) fuera de fase, como es mostrado en la Figura 4.

Comparando dos Formas de Onda

Si mira los ejemplos anteriores puede ver dos formas de ondas con la misma frecuencia (los

ventiladores trabajan exactamente a la misma velocidad). Comparando las dos formas de

ondas de tiempo podemos ver la diferencia de tiempo entre ellos. En nuestro ejemplo las

formas de ondas han venido de dos ventiladores diferentes. Estamos interesados

normalmente en dos fuentes de vibración de la misma máquina. Podemos determinar la

diferencia de fase midiendo primero el período (es decir el tiempo) de un ciclo completo

(recuerde, un ciclo son 360°) y comparando eso a la diferencia en el tiempo entre las ondas,

como se ilustra en la Figura 5.

Usando una Referencia

En vez de medir fase como una diferencia de tiempo entre dos fuentes de vibración, puede

ser medida como una diferencia de tiempo entre una fuente de vibración y una “referencia”.

Las dos referencias más comunes son la de colocar un pedazo de cinta reflectora en el eje y

entonces utilizar una fotocélula o un láser para generar un pulso cada vez que gira el eje, o

utilizar una punta de desplazamiento contraria a una ranura. Cada vez que la ranura pasa la

punta del transductor de desplazamiento, el desplazamiento medido cambia dramáticamente

entonces la señal tendrá un cambio de paso. Discutiremos esto, mas adelante.

El resultado es una señal de voltaje que proporciona un pulso de “TTL” antes de la

revolución como es mostrado en la Figura 6. El tiempo entre pulsos es el período de la

velocidad de la máquina. Para mantener los números sencillos, asumamos que el ventilador

giraba en 1500 RPM, o 25 Hz. Por lo tanto el tiempo entre los pulsos sería 0.4 segundos

(1/25 = 0.04).

Como antes, podemos comparar la vibración de la máquina a la señal de la referencia como

se ilustra en la Figura 7. El tiempo entre pulsos es de 0.04 segundos, y el tiempo entre los

picos de la onda sería de 0.04 segundos. Si hay 0.01 segundos entre el pulso y el pico de la

onda, entonces la diferencia de fase sería de 90°. (Nota: ¼ De 0.04 segundos es 0.01

segundos. ¼ de 360° es 90°.) Afortunadamente el recolector de datos tiene la electrónica y

el software necesarios para utilizar señales de tacómetro o señales de acelerómetros para

determinar el ángulo de fase, así que estos cálculos son realizados automáticamente.

Recolectando las lecturas de fase

Miremos más de cerca cómo medimos fase. En la sección anterior describimos dos métodos

básicos: utilizando una referencia de tacómetro, y utilizando la vibración de otro sensor.

Hay un tercer método que utiliza un estroboscopio, pero llegaremos a eso más tarde.

Utilizando un Tacómetro

Hay varias maneras de obtener una señal de una-por-revolución en un tacómetro. La más

común implica el uso de cinta reflectora y un tacómetro óptico (o láser) como se ilustra en

la Figura 8.

Hay varios productos disponibles que pueden utilizar la luz reflejada, incluyendo la luz de

láser, para generar la señal del tacómetro. Algunos trabajarán sin cinta reflectora, siempre y

cuando exista un área de alto contraste – por ejemplo, un lugar de pintura.

La foto celda brilla una luz (visible o el láser) en el eje. Debido a la textura y el color de la

superficie, la luz no se refleja normalmente. Cuándo la cinta pasa por debajo, la luz se

refleja. El tacómetro genera una señal de “TTL” que es alimentada en el recolector de

datos.

Otra manera de generar una señal de una-por-revolución es utilizando una punta de

desplazamiento (proximidad) la cual es apuntada a una ranura o al tornillo de presión. El

cambio en el desplazamiento proporciona el paso en voltaje que es utilizado como

referencia. Esto es conocido comercialmente como un “keyphasor” (por Bently Nevada).

La salida del tacómetro es alimentada en la entrada de tacómetro del recolector de datos;

puede ser marcado “EXT” o “TACH” o “TRIG” o por alguna otra etiqueta. Usted

necesitará buscar en el manual de operación de su recolector de datos para comprender

donde conectar la señal del tacómetro y cómo utilizarlo para recolectar las lecturas de fase.

La figura 9 es un ejemplo de un recolector de datos, utilizado por DI, SKF, DLI y Rockwell

(Entek).

El recolector de datos entonces puede utilizar la señal del tacómetro para determinar la

velocidad de la máquina, y como una referencia al comparar la vibración en la velocidad

operacional (1X) de un acelerómetro, como es ilustrado en la Figura 10. Entonces

proporcionará un ángulo de fase de entre 0° y 360° (a veces el recolector de datos puede

proporcionar una lectura de -180° a +180°).

El recolector de datos puede determinar el ángulo de fase en diferentes maneras. Puede

aplicar el método de dos-canales que será discutido más adelante, o puede utilizar el

tacómetro para apuntar el proceso de adquisición de datos y adquirir el ángulo de fase del

proceso de FFT.

Utilizando un Recolector de datos de Dos-Canales

¿Sabía usted que cuando su recolector de datos toma una medida en una máquina y

computa el FFT (espectro), computa realmente la magnitud del espectro (amplitud) y el

“espectro de fase”? Pero porque usted no tiene una señal de referencia (el recolector

comienza a recolectar cuando usted aprieta el botón, no según cualquier referencia

predefinida en el eje) los datos de fase no tienen mucho valor. Así que es desechado y

nosotros sólo guardamos el espectro de magnitud.

Sin embargo, hay dos posibilidades disponibles para nosotros. Si la recolección de datos

fue sincronizada a la referencia del tacómetro, los datos de fase serían pertinentes.

Podríamos mirar la fase en la velocidad operacional y utilizar esa información. Esta es uno

de las maneras en la que los recolectores de datos miden fase cuando se usa el tacómetro.

Pero hay otra manera.

Si conectamos un acelerómetro a un canal de un recolector de datos de dos canales, y

conectamos otro acelerómetro al segundo canal, el recolector de datos los puede probar

simultáneamente (esto es esencial) y compara los espectro de fase. Colocaríamos un sensor

en una ubicación de referencia, y el segundo sensor en el punto interesante, como es

mostrado en la Figura 11. También podemos mover ese sensor a ubicaciones diferentes ver

cómo ese ángulo de fase cambia (mientras se deja el sensor de referencia en la misma

ubicación todo el tiempo). En la Figura 11 medimos la diferencia en la fase entre el eje

vertical y el horizontal.

Utilizando un Estroboscopio

Los Estroboscopios se pueden usar para recolectar lecturas de fase de dos maneras.

Estroboscopio como un Tacómetro - Si afinamos el estroboscopio a la velocidad

operacional de la máquina (para que el eje o el cople parezcan haber parado de girar), la

salida de la luz estroboscópica puede ser conectada a la entrada del tacómetro del recolector

de datos. El recolector trataría la señal de la luz estroboscópica como si fueran una entrada

normal de tacómetro.

Sin embargo, si la velocidad de la máquina varía ligeramente, la señal del estroboscopio ya

no representa la velocidad exacta de la máquina – la lectura de fase será inexacta. Si usted

configura el estroboscopio para congelar una ranura, el tornillo de presión o algún otro

punto en el eje o cople, entonces debe utilizar eso como su referencia antes de que registre

la amplitud y la lectura de fase. Si la velocidad varía entonces usted verá la ranura/tornillo

de presión que comienza a girar hacia adelante o hacia atrás. Entonces puede ajustar la tasa

de destello para que otra vez se congele.

El recolector de datos manejando el estroboscopio o visa versa

Hay otra manera de utilizar un estroboscopio que es muy efectiva, sin embargo no todos los

recolectores o estroboscopios tienen esta capacidad.

El sensor de vibración es conectado al estroboscopio y es colocado en el modo de “EXT”.

Usted controla la tasa de destello del estroboscopio hasta que congele el movimiento del

eje. Cambie a “LOCK/TRACK” y el estroboscopio ahora utilizarán su red de circuitos

interna para filtrar la señal de vibración y extraer la vibración en la velocidad operacional.

El estroboscopio ahora puede rastrear cualquier cambio en la velocidad. El estroboscopio

tendrá típicamente una señal de salida TTL que puede ser conectada a la entrada del

tacómetro del recolector de datos. Un Estroboscopio de ejemplo se muestra en la Figura 12.

Alternativamente, ciertos modelos de recolectores de datos pueden ser utilizados para

rastrear la vibración 1X dominante y manejar el estroboscopio. El recolector de datos o

puede rastrear la velocidad 1X automáticamente, o usted puede mover el cursor en un

espectro para configurar la velocidad. Un cable es conectado de la salida del recolector de

datos a la entrada del estroboscopio. La tasa de destello del estroboscopio está ahora bajo el

control del recolector de datos. Si la velocidad de la máquina varía ligeramente, la tasa de

destello y la señal de disparador, serán corregidas automáticamente.

Cuándo el recolector o el estroboscopio son configurados para rastrear la velocidad

operacional usted puede realizar “medidas visuales de fase”. El estroboscopio destellará en

la velocidad operacional de la máquina, así el eje (o cople) parecerá congelarse. (Por

supuesto, usted debe ser muy cuidadoso – el eje no ha parado y debe tener cuidado de no

tocarlo). Entonces debe poner una referencia visual, como una ranura o el tornillo de

presión, y utilizar la perilla “Relativa de Fase” en el estroboscopio para ajustar la

ranura/tornillo de presión para que esté en la posición 12:00.

Si usted mira el eje/cople mientras mueve el acelerómetro, parecerá como si el eje/cople

gira. La cantidad de rotación es dictada por la diferencia de fase entre la posición original

del sensor y la nueva posición. Por ejemplo, si la máquina estuvo desbalanceada y usted

mueve el acelerómetro 90º, el eje/cople parecerá girar 90º (un cuarto de vuelta), como es

demostrado en la Figura 13.

Este es un método muy efectivo de análisis de fase. Cuando usted mueve el sensor

alrededor de la máquina puede ver cómo la fase cambia sin mirar aún los valores

verdaderos de fase. Es mejor si usted puede utilizar un tornillo de presión, ranura, lugar de

pintura, o cinta reflectora como su referencia visual. Usted debe comenzar ajustando el

estroboscopio para que la referencia este en la cabeza del eje. Al mover el sensor, es muy

fácil notar el cambio en la fase.

Utilizando las lectura de fase para diagnosticar un a condición de falla

En la segunda parte de este artículo, investigaremos cómo utilizar las lecturas de fase para

diagnosticar condiciones de defecto. Podemos hacer esto de una manera muy sencilla,

comparando las lecturas entre dos ejes o dos puntos en la máquina (utilizando un esquema

de burbuja para hacerlo más fácil para dar seguimiento a las lecturas), o podemos utilizar

un software más sofisticado para animar el movimiento de la máquina y la estructura.

Sea suficiente para decir que las lecturas de fase nos permiten comprender el movimiento

relativo de la máquina. Investigamos si dos puntos están en-fases, 90° fuera de fase, 180°

fuera de fase, o de alguna otra relación. Los dos puntos comparados pueden ser dos puntos

a ambos lados de los coples, dos puntos ya sea al extremo de un componente, o entre dos

ejes (por ejemplo horizontal y vertical) en la misma ubicación.

La fase es un gran instrumento de diagnóstico, y si usted tiene un recolector de datos de

doble-canal o un estroboscopio, es muy fácil de adquirir e interpretar las lecturas.

A continuación discutiremos cómo las lecturas de fase pueden ser utilizadas para ayudarlo a

diagnosticar una gran variedad de condiciones de defectos. Mientras formas de ondas de

espectro y tiempo pueden proporcionar una indicación de una condición de defecto,

bastante a menudo las lecturas de fase lo pueden ayudar a confirmar la naturaleza exacta de

la condición ayudándolo a distinguir las diferentes condiciones que tienen pautas

semejantes de vibración.

Vista General Rápida

Reuniendo lecturas de fase en puntos diferentes en la máquina podemos determinar si esta

balanceada correctamente; si los ejes o las poleas están alineados correctamente; si los

cojinetes son montados en el eje; si hay excentricidad; si un eje esta doblado; si una pata

esta agrietada o floja; y más. Nosotros también podemos utilizar las lecturas de fase para

proporcionar una indicación de una condición de resonancia.

La corrección de estos problemas mejorará mucho la confiabilidad de la máquina;

extendiendo su vida, y a veces, produciendo productos de mayor calidad. Perder el

diagnóstico últimamente reducirá la capacidad de sus utilidades. Y mal diagnosticar la

condición le hará perder tiempo, trabajo, partes, y un aumento del tiempo de inactividad.

Lecturas Relativas de Fase

Utilizamos las lecturas relativas de fase para diagnosticar condiciones de defecto. No

tomamos en cuenta la lectura actual que está encima del motor; sólo nos interesa en cómo

se compara a la lectura en el lateral del motor y la lectura en el otro extremo del motor. Si

están en-fase, eso nos dice algo. Si hay una diferencia de 90° (aproximadamente), entonces

eso nos dice algo. Y si la diferencia entre las lecturas es algo más juntas, por ejemplo 132°,

entonces eso también nos proporciona información útil.

Podemos hacer esto tomando lecturas de fase en cada una de las ubicaciones clave en la

máquina relativas a una referencia (típicamente el tacómetro), y comparar las lecturas entre

cada uno de los puntos. Mejor todavía, con un recolector de datos de dos canales podemos

realizar medidas relativas entre cada uno de los puntos y registrar simplemente la

diferencia. Dependiendo de lo que sospechamos, compararemos las lecturas en la dirección

vertical, horizontal y/o axial.

Vera, lo que analizamos realmente es el movimiento dinámico de la máquina. Las fuerzas

debido al desbalance de masa causan que la máquina se mueva de una cierta manera. Un

eje desalineado causa que una máquina se mueva de una manera diferente. Lo mismo es

verdad para varias otras condiciones. Así que utilizamos fase para detectar los movimientos

reveladores. (También vale la pena comentar que algunos defectos no generan fuerzas

típicas. Así, las lecturas de fase no proporcionan una imagen clara del movimiento

dinámico de la máquina – sin embargo esto, de por sí, también proporciona un indicio a la

naturaleza de la condición).

Representando Fase

En vez de registrar las lecturas de fase numéricamente, las podemos registrar visualmente.

Puede ser difícil mirar una serie de números e interpretar el movimiento de la máquina. Sin

embargo el utilizar símbolos gráficos, hace esta tarea más fácil.

Podemos hacer esto dibujando un círculo y una línea en el ángulo deseado. Entonces es

fácil determinar rápidamente el ángulo con una mirada rápida, como se muestra en la figura

1. Ni siquiera necesita anotar el ángulo de fase - usted acaba de dibujar las líneas; ya sea

dentro o fuera del círculo, como es mostrado en la Figura 2. Usted puede ver fácilmente que

estas dos lecturas están desfasadas 180°. (A menudo el ángulo es escrito encima de la línea

horizontal y la amplitud es escrita debajo de la línea, o visa versa).

Estos datos pueden ser utilizados de varias maneras, pero un método común es llamado el

esquema de burbuja (desarrollado por Ralph T. Buscarello), como es ilustrado en la Figura

3. Usted puede tomar lecturas alrededor de la máquina e ingresarlos en el esquema,

agregando las líneas según el ángulo.

Precauciones al utilizar datos de Fase

Debe tener cuidado al comparar lecturas de fase tomadas en los extremos opuestos de una

máquina, o al comparar lecturas de fase tomadas a través de un cople. Las lecturas de la

fase son sensibles a la dirección. Por lo tanto usted tiene que agregar 180° a sus lecturas si

el acelerómetro es girado 180°.

También debe conocer la convención de fase utilizada por su recolector de datos. La figura

4 ilustra uno de tal convención.

También note que cuando hablamos de las relaciones de fase entre ciertos puntos de una

máquina, yo puedo citar que las lecturas de fase Figura 2 – métodos Alternativos para

demostrar gráficamente lecturas de fase. Debe ser en-fase, 90° o 180° desfasado. Estos son

valores aproximados. Las lecturas verdaderas pueden estar hasta 30° más alto o más bajo y

la regla permanece. Por ejemplo, si la diferencia entre dos lecturas estuvo entre 150° y

210°, entonces usted puede considerar las lecturas que estén 180° fuera de fase.

También, si la diferencia entre dos lecturas es aproximadamente 270°, entonces es equivale

a un diferencia de fase de 90°. Igualmente la diferencia de fase de -180° equivale a una

diferencia de fase180°. Todo depende de la dirección de rotación, la configuración del

recolector de datos, y de la convención utilizada por el recolector de datos.

Diagnosticando condiciones de Falla con Fase

Está más allá del alcance de este artículo explicar completamente todas las relaciones de

amplitud y fase que pueden ser hechas para diagnosticar todas las condiciones de defecto, o

mostrar los ejemplos de esquemas de burbuja – para eso son los cursos de capacitación.

Utilizaremos una máquina de muestra, mostrada en la Figura 5, para ver cómo las lecturas

de fase nos pueden ayudar a diagnosticar condiciones de falla.

Podemos tomar varias medidas para comprender el movimiento de la máquina. Podemos

tomar lecturas vertical y horizontalmente en cada extremo del componente. Podemos

comparar la amplitud y la fase de vertical contra horizontal; podemos comparar las lecturas

verticales en ambos extremos del componente, y podemos comparar las lecturas

horizontales en ambos extremos del componente. Para máquinas acopladas, también

podemos tomar lecturas de fase a ambos lados del acoplado y comparar las lecturas.

Las lecturas axiales son también muy importantes. En vez de una sola lectura, podemos

tomar lecturas a ambos lados del eje; comparar el lado izquierdo al lado derecho, y

comparar las lecturas de la parte superior con la parte inferior. Y otra vez podemos

comparar lecturas axiales tomadas en cualquier lado del acoplamiento (por ejemplo en el

motor y en la bomba).

Usted quizás reúna rutinariamente una sola lectura axial de vibración, pero cuando usted

reúne lecturas de fase, es importante reunir dos lecturas axiales, y en ciertos casos que

discutiremos más adelante, usted puede reunir aún cuatro lecturas. Debido al acceso

restringido, debido a asuntos de seguridad, y debido a la construcción de la máquina, a

veces usted sólo puede tomar medidas axiales en un extremo de la máquina.

Diagnosticando Desbalance

Aunque considerado por algunos de ser el defecto más común y más sencillo de

diagnosticar, es realmente bastante fácil de confundir el desbalance con otras condiciones

de defecto. Si usted encuentra que un pico alto 1X y asume que necesita ser balanceado,

podría estar equivocado – y generar mucho trabajo innecesario - y todavía no corregir el

defecto.

Necesitamos volver y estudiar el movimiento de un rotor cuando no es balanceado

correctamente. Si usted comprende el movimiento fundamental podrá utilizar los datos de

fase para demostrar que el rotor de hecho esta desbalanceado, y existen otras posibilidades.

Ahora revisaremos rápidamente las diferentes formas de desbalance, y después ver cómo

podemos analizar las lecturas de extremo a extremo de fase y las lecturas de fase de vertical

a horizontal (valores relativos de amplitud son también muy útiles, pero eso es para otro

artículo).

Desbalance estático - El tipo más sencillo de desbalance equivale a un lugar pesado en un

solo punto en el rotor. Esto es llamado un desbalance estático porque aparecerá incluso si el

rotor no gira - si es colocado en cojinetes antifricción el rotor girará por lo que el lugar

pesado estará en la posición más baja. Esperaríamos que el movimiento en los dos extremos

del componente estarían en-fase (eso es, las dos lecturas verticales estarían en fase, y las

dos lecturas horizontales estarían en fase). Debido al movimiento circular, nosotros también

esperaríamos que el ángulo de fase entre el eje vertical y el horizontal sería de

aproximadamente de 90°, como es ilustrado en la Figura 6.

Desbalance de acople - Un rotor con desbalance de acople puede estar balanceado

estáticamente (puede parecer balanceado perfectamente si es colocado en cojinetes anti

fricción), pero cuando gira, producirá fuerzas centrífugas en los cojinetes, y estarán

opuestos a fase. Por lo tanto el ángulo de fase entre dos lecturas verticales (tomadas de cada

extremo del componente) será semejante al ángulo de la fase entre las dos lecturas

horizontales; aproximadamente 180°, como es ilustrado en la Figura 7.

Desbalance Dinámico - En la realidad la cantidad de desbalance no puede ser distribuida

uniformemente por el rotor (a menos que sea un rotor muy estrecho o un ventilador axial,

que en este caso se aproximará a desbalance estático). Podríamos tener una combinación de

desbalance estático y de desbalance de acople, como es ilustrado en la Figura 8. Esta

combinación es llamada Desbalance dinámico.

Las Máquinas verticales y las Máquinas Sobresalidas - las lecturas de Fase también nos

pueden ayudar a diagnosticar desbalance en ambas máquinas verticales y sobresalidas.

Las máquinas verticales, como bombas verticales, son generalmente voladizas de su base, y

muestran generalmente niveles máximos de vibración (en la velocidad operacional) en el

extremo libre del motor sin importar cuál componente está realmente desbalanceado. Las

lecturas de fase recolectadas por la máquina deben ser en-fase. A causa del movimiento

circular que resulta del desbalance, las lecturas de fase tomadas 90° alrededor de las

medidas de referencia deben ser 90° más alto o más bajo; dependiendo de la dirección de

rotación.

La dinámica de una máquina sobresalida es bastante diferente; por lo tanto nuestro estudio

de niveles relativos de vibración y lecturas de fase es bastante diferente. Las bombas y los

ventiladores sobresalidos son comunes en la industria así que usted debe examinar la

máquina para asegurarse de que sabe si un componente esta sobresalido o apoyado en

ambos lados por cojinetes.

Las lecturas de fase serán en-fases en la dirección axial, como es mostrado en la Figura 9.

A causa del movimiento que dobla habrá entre 0° y 180° de diferencia entre las dos lecturas

horizontales e igualmente entre las lecturas verticales. La diferencia de la fase entre las

lecturas verticales será semejante a la diferencia de la fase entre las dos lecturas

horizontales. Y, a causa del movimiento circular, habrá aproximadamente 90° entre las

lecturas verticales y las horizontales.

Desalineación

La desalineación es muy común. Sin embargo, puede ser difícil de detectar con solo el

espectro de vibración. La desalineación puede ser confundida fácilmente con otras

condiciones de falla, incluyendo desbalance y holgura. El análisis de fase es una gran

ayuda.

Cuándo una máquina esta desalineada hay fuerzas típicas en juego en proporción al grado

de desviación y ángulo entre las líneas centrales giratorias de los ejes. Estas fuerzas son

muy diferentes a aquellas observadas cuando una máquina está mal balanceada; por lo tanto

las relaciones de fase son bastante diferentes. Si usted sospecha de desbalance o

desalineación, y realiza las pruebas descritas en la sección anterior y encuentra que no se

cumplen las reglas (por ejemplo, el ángulo de fase entre los ejes verticales y horizontales no

está entre 110° y 70°), entonces existe una gran probabilidad de que la máquina este

desalineada.

1). La relación de la fase entre las lecturas verticales y horizontales tomadas en el extremo

de la máquina no seguirá las reglas que describimos a cerca del desbalance. Debido al

movimiento creado con angular y desalineación de desviación, y el efecto de que diferentes

tipos de coples tendrán en ese movimiento, el ángulo de fase entre los extremos de la

máquina no será consecuente en las direcciones verticales y horizontales.

2). Si una máquina esta desalineada, no esperaríamos ver 90° diferencia entre las lecturas

verticales y horizontales tomadas en el mismo cojinete. En vez de esto es probable que

estén más cerca a 0° o 180°.

Cuándo hay una desalineación angular fuerte que usted esperaría que las lecturas de fase

fueran de 180 fuera de fase a través del cople.

Cuándo usted compara las lecturas de fase de cada lado del eje (por ejemplo a la izquierda

y lado derecho del eje, en la cara del componente), las cosas se pueden poner un poco

interesante. Si las lecturas a través del cople (de un componente de máquina a otro)

deberían estar fuera de fase, entonces usted esperaría una relación coherente de fase

alrededor del eje – para mantener la relación de cruz-cople. Sin embargo, a causa del tipo

de cople, el diseño de los dos componentes de la máquina, y del balance actual de la

desviación de la desalineación y de la desalineación angular, las lecturas de fase le pueden

sorprender. En un componente las lecturas pueden ser en-fases, pero en el pueden estar

fuera de fase.

Excentricidad

La excentricidad ocurre cuando el centro de rotación esta desplazado de la línea central

geométrica de una roldana (polea), engranaje, cojinete, o rotor. La vibración más alta estará

en el eje de la banda, así que las medidas deben ser tomadas en esta dirección, como es

mostrado en la Figura 13. Habrá una diferencia de fase entre la medida tomada en el eje de

la banda y en los ángulos derechos a esa dirección de 0° o 180°. Note que no tomamos

medidas de fase en las direcciones verdaderas, verticales y horizontales. Tomamos una

medida de acuerdo con las bandas, y las otras en el ángulo derecho a esta dirección.

Eje doblado

Un eje doblado causa predominantemente alta vibración axial de 1X. La vibración

dominante es normalmente de 1X si la curva está cerca del centro del eje. Sin embargo,

usted verá vibración 2X si la curva está más cerca al cople. Las medidas verticales y

horizontales también a menudo revelarán picos en 1X y 2X, sin embargo la clave es la

medida axial. La fase es una buena prueba para diagnosticar un eje doblado. La fase en 1X

medida en las direcciones axiales en extremos opuestos del componente estará desfasada

180°.

También es posible tomar lectura de fase alrededor del eje – en ambos lados del eje, y

arriba y abajo, como es ilustrado en la Figura 14. Esperamos que todas las lecturas estén en

fase.

Cojinete Montado

Un cojinete montado, que es realmente una forma de desalineación, generará vibración

axial considerable que puede ser confundida con desalineación y otras condiciones.

Hay realmente dos formas posibles de cojinete montado. Si la carrera exterior del cojinete

es montada, las lecturas axiales de fase indicarán una diferencia de 180° de un lado del eje

al otro. Sin embargo, todo depende de cómo está montado. La diferencia de 180° puede ser

vista del lado izquierdo a la derecha o puede ser vista de la parte superior a la inferior pero

no ambas.

Si la carrera interior está montada en el eje, entonces el cojinete parecerá que “tambalea”

cuando gira, generando una diferencia de fase de rotación de 180°. Habrá una diferencia de

90° mientras se mueve de la parte superior a la derecha a la parte inferior, a la izquierda (o

12:00 a 3:00 a 6:00 a 9:00). Las relaciones de la fase son ilustradas en la Figura 15.

Holgura

El análisis de fase también puede ser utilizado para ayudar a identificar problemas de

holgura y de la base – pero en una manera ligeramente diferente. Primero, porque la

holgura de rotación implica un pico 1X y la harmónicos, pueden, a veces, ser confundidos

con desalineación e incluso con eje doblado y cojinete montado. Sin embargo, las lecturas

de fase no seguirán las reglas que hemos discutido hasta ahora, y serán de naturaleza

aleatoria (errática). Así que esto le puede ayudar a distinguir entre las dos condiciones de

defecto.

En el caso de la holgura estructural, donde hay un problema con la base, la fase puede ser

utilizada en dos maneras. Primero, si los niveles de vibración son lo suficientemente altos,

la máquina se puede mecer de atrás hacia adelante. Las lecturas de fase tomadas en la

dirección horizontal podrían estar en fase, pero a diferencia del desbalance, no habrá una

diferencia de 90º de fase entre vertical y horizontal.

Si hay una grieta en la base o un perno flojo, usted puede vigilar la fase mientras mueve el

acelerómetro de un punto a otro. Cuándo el acelerómetro de mueve a través de la grieta o

de la holgura, el ángulo de fase cambiará aproximadamente 180º.

Conclusión

Espero que usted ahora tenga un interés nuevo o renovado en, y respeto para, el análisis de

fase. Como hemos visto, la fase es un instrumento poderoso que puede ayudarlo a

diagnosticar positivamente una gran variedad de condiciones de defecto. Y, si usted tiene

un recolector de datos de dos canales, las lecturas de fase no son difíciles de reunir. Yo le

recomiendo comenzar a utilizar el análisis de fase hoy mismo!