Conceptos básicos

Por Alfonso Fernandez

¿Qué es la vibración?

En términos muy simples una vibración es un movimiento oscilatorio de pequeña amplitud. Todos los cuerpos presentan una señal de vibración en la cual plasman cada una de sus características. De acuerdo a esto, las máquinas presentan su propia señal de vibración y en ella se encuentra información relativa a cada uno de sus componentes. Por tanto, una señal de vibración capturada de una máquina se compone de la suma de la vibración de cada uno de sus componentes.

Vibración simple

La base principal de las señales de vibración en el dominio del tiempo son las ondas sinusoidales. Estas son las más simples y son la representación de las oscilaciones puras. Una oscilación pura puede representarse físicamente con el siguiente experimento: imagínese una masa suspendida de un muelle como el de la Figura 2.1. Si esta masa es soltada desde una distancia A, en condiciones ideales, se efectuará un movimiento armónico simple que tendrá una amplitud A.

Figura 2.1: Masa suspendida de un muelle

Ahora a la masa vibrante le añadimos un lápiz, y una hoja de papel en su parte posterior, de manera que pueda marcar su posición. Si desplazamos el papel con velocidad constante hacia el lado izquierdo se dibujará una onda como la representada en la Figura 2.2. A continuación se describen los tres parámetros (frecuencia, amplitud y fase) que definen este tipo de vibración.

Amplitud

La amplitud desde el punto de vista de las vibraciones es cuanto movimiento puede tener una masa desde una posición neutral (marcada como 0 en la Figura 2.1). Es la intensidad de la vibración, y es indicativa de la severidad de la misma.

Existen diversas formas de medir la amplitud de una onda como se puede ver en la Figura 2.3. Podemos decir que el movimiento tiene una amplitud de pico (pk) de A mm, ya que sabemos que como la curva es simétrica también existe un movimiento de amplitud -A mm en la dirección opuesta.

Figura 2.3: Medidas de la amplitud en una onda

La tercera forma de describir la amplitud se denomina valor RMS (root-mean-square) y es un poco más compleja. Es la raíz cuadrada del promedio de los cuadrados de los valores de la onda. En el caso de una onda sinusoidal el valor RMS es igual a 0.707 del valor pico, pero esto es sólo válido en el caso de una onda sinusoidal. El valor RMS se utiliza para medir la energía de la forma de onda.

Frecuencia

El tiempo que tarda la masa en ir y volver al punto A es siempre constante. Este tiempo recibe el nombre de período de oscilación (medido generalmente en segundos o milisegundos) y significa que el muelle completó un ciclo. El recíproco del período es la frecuencia (es decir F= 1 / P) la cual generalmente es dada en Hz (ciclos por segundo) o CPM (ciclos por minuto).

Fase

Es una medida de la diferencia de tiempo entre dos ondas sinusoidales. Aunque la fase es una diferencia de tiempo, siempre se mide en términos de ángulo, en grados o radianes. Eso es una normalización del tiempo que toma como referencia un ciclo completo de la onda sin considerar su verdadero período de tiempo. La diferencia en fase entre dos formas de onda se llama desfase o desplazamiento de fase. Un desplazamiento de fase de 360 grados es un retraso de un ciclo o un período completo de la onda, lo que realmente no es ningún desplazamiento. Un desplazamiento de 90 grados es un desplazamiento de ¼ del periodo de la onda, etc. El desplazamiento de fase puede ser considerado positivo o negativo; eso quiere decir que una forma de onda puede estar retrasada respecto a otra o puede estar adelantada respecto a otra. Esos fenómenos se llaman retraso de fase y avance de fase respectivamente. En el ejemplo de la Figura 2.4, la curva A se encuentra desplazada 90 grados con respecto a la curva B. Eso es un retraso de tiempo de ¼ del período de la onda. También se podría decir que la curva A tiene un avance de 90 grados.