¿Qué es la vibración?
La vibración en un sistema de maquinaria rotativa y/o recíproca es, en pocas palabras, el movimiento de vaivén u oscilación de las máquinas y los componentes que conforman el sistema. Aunque la vibración en los equipos industriales suele ser una parte normal del funcionamiento/operación de la maquinaria, también puede ser un indicio —o la causa— de un problema. Si no se controla, el aumento de la vibración puede provocar un deterioro progresivo del estado de fallo, lo que puede dar lugar a daños en los componentes del activo, o incluso a un fallo catastrófico. La monitorización proactiva de las vibraciones es la mejor medida para prevenir fallos catastróficos, reducir el tiempo de inactividad y disminuir los costes de mantenimiento. Y un sensor de vibraciones es el medio más eficaz para monitorizar las vibraciones.
¿Qué es un sensor de vibraciones?
Un sensor de vibraciones es un dispositivo que mide la amplitud de las vibraciones dentro de un equipo determinado a lo largo del tiempo.
Figura 1. Gráfico que muestra la señal de vibración durante un periodo de tiempo de 0,4 segundos de un compresor de gas.
A continuación, la señal de vibración se procesa para proporcionar información precisa (frecuencia frente a amplitud) que se utiliza para evaluar el estado de los activos clave de un sistema industrial. Se conecta directamente a una máquina o componente y, una vez colocado, puede detectar vibraciones a través de diversos medios, dependiendo del sensor. Los datos proporcionados por los sensores de vibración pueden ayudar a anticipar las necesidades de mantenimiento futuras y el resultado es un proceso de funcionamiento más ágil y eficiente, lo que hace que los activos sean más fiables y eficientes.
Los sensores de vibración, junto con los sensores de referencia de velocidad/fase u otros sensores de vibración, recopilan tres tipos de datos: frecuencia, amplitud y fase. La parte de frecuencia de los datos indica la frecuencia con la que se produce la vibración (lo que está relacionado con el lugar de la máquina donde se produce el fallo), mientras que la parte de amplitud de los datos refleja el nivel de vibración que experimenta un equipo (lo que está relacionado con la gravedad del fallo). La fase indica dónde se produce el pico de vibración en relación con una sola rotación del eje o del rotor, lo que puede utilizarse para el diagnóstico de fallos y el equilibrado del rotor.
Figura 2. Gráfico espectral creado a partir de la señal mostrada en la Figura 1. Aquí se pueden ver los componentes de frecuencia individuales junto con su amplitud que componen la señal.
Figura 3. El gráfico orbital de la izquierda se ha construido a partir de las señales de dos sensores montados a 90 grados de distancia para monitorizar la vibración del eje, que se muestra a la derecha. Obsérvese la diferencia de fase entre las señales de los dos sensores.
¿Por qué es importante la monitorización de vibraciones para los sistemas industriales?
A la hora de gestionar y operar un sistema industrial, la monitorización del estado es fundamental. Un control adecuado del estado, que maximiza la capacidad operativa de los equipos y minimiza el riesgo de exposición, prolonga la vida útil de los activos, lo que a su vez se traduce en menos tiempo de inactividad de los equipos, menos interrupciones en el funcionamiento, una mayor eficiencia y, en última instancia, una reducción de los costes del ciclo de vida de los activos. En el caso de los equipos industriales, la vibración es una de las principales variables para las que es esencial un control proactivo del estado.
Análisis de la causa raíz
La monitorización y el análisis de las vibraciones pueden ayudar a analizar la causa raíz; si se produce un daño en un equipo, el seguimiento del origen de la vibración puede ayudar a comprender la causa de ese daño y a saber cómo evitar que se repita.
Mantenimiento predictivo
Si bien el análisis de la causa raíz es una ventaja importante, la monitorización de las vibraciones es quizás más valiosa cuando se utiliza en el mantenimiento predictivo, como medio para evitar que se produzca el fallo en primer lugar. Mediante un sensor de vibraciones, se pueden rastrear los datos de vibración en tiempo real. La detección temprana del aumento de la vibración en un equipo permite planificar con antelación y de forma rentable las medidas de mantenimiento, evitando que se produzcan o desarrollen daños.
¿Quién puede beneficiarse de los sensores de vibración?
Cualquier empresa que utilice maquinaria rotativa y/o recíproca puede beneficiarse del uso de sensores de vibración. Esto incluye:
- Petróleo y gas
- Energía renovable
- Energía térmica
- Industria de procesamiento
Siempre que hay componentes en movimiento, existe vibración y se puede monitorizar. Algunos casos reales en los que son necesarios los sensores de vibración incluyen una serie de máquinas críticas, como compresores (centrífugos, axiales, alternativos y de tornillo) y turbinas (de gas, vapor, hidráulicas y eólicas). También se supervisan las máquinas de equilibrio de la planta, como:
Ventiladores: Los ventiladores se utilizan en numerosas aplicaciones. Las palas pueden acumular depósitos que reducen la eficiencia y pueden someter a los cojinetes y la caja de engranajes a un estrés que provoque un fallo prematuro.
Motores: además de las piezas giratorias que crean fuerzas centrífugas, los motores eléctricos también generan fuerzas electromagnéticas debido a su modo de funcionamiento, y todas estas fuerzas pueden provocar la inestabilidad del sistema. En un entorno industrial, los sensores de vibración se utilizan para supervisar los niveles de vibración dentro del motor que pueden ser causados por barras de rotor rotas, anillos extremos rotos, cojinetes defectuosos, etc.
Bombas: Las bombas transportan fluidos entre dos niveles de altura diferentes. Al igual que los motores, las bombas generan fuerza centrífuga debido al movimiento giratorio. Los sensores de vibración permiten a los ingenieros o técnicos supervisar la frecuencia de vibración resultante del funcionamiento de la bomba.
Compresores: un compresor es un dispositivo mecánico que aumenta la presión de un gas al reducir su volumen. Al igual que los motores y las bombas, los compresores generan fuerza centrífuga debido al movimiento giratorio. Los sensores de vibración permiten a los ingenieros o técnicos supervisar la frecuencia de vibración resultante de los elementos, cojinetes y ejes del compresor.
En todas las aplicaciones, la medición y el control de la vibración de las máquinas permitirá a los responsables y operadores predecir fallos, encontrar las mejores condiciones de funcionamiento y prevenir riesgos en el lugar de trabajo.
Tipos principales de sensores de vibración
Existen tres tipos principales de sensores de vibración, cada uno con sus propias ventajas y desventajas:
- Acelerómetros: miden directamente la aceleración absoluta de la vibración
- Sensores de velocidad – Medición de la velocidad de vibración absoluta
- Sensores de desplazamiento (sondas de proximidad o sondas de corrientes parásitas): miden directamente la vibración relativa en el desplazamiento (CC: desplazamiento estático; CA: desplazamiento variable)
Ventajas y desventajas de los diferentes tipos de sensores de vibración
Acelerómetros
Los acelerómetros son sensores excelentes para la detección de fallos en rodamientos y engranajes, o prácticamente cualquier fallo que se encuentre en el rango de frecuencia media a alta, incluidos los impactos de corta duración. También son ideales para detectar desequilibrios, desalineaciones, ejes doblados, piezas sueltas o rotas, resonancias de componentes, etc. Los acelerómetros son los sensores más comunes utilizados en aplicaciones de monitorización de vibraciones. Ofrecen un amplio rango de frecuencias y tienen una larga vida útil (>20 años). Están disponibles en tamaños pequeños, diseños específicos para cada aplicación y unidades para altas temperaturas.
Sensores de velocidad
Los sensores de velocidad tienen una instalación sencilla y son ideales para la medición y monitorización general de vibraciones en maquinaria rotativa y recíproca. No son sensibles a la superficie en la que se montan, se utilizan para mediciones de frecuencia media y proporcionan un buen rango de temperatura. Los sensores de velocidad son electrodinámicos, lo que significa que generan su propia señal, por lo que no requieren fuente de alimentación.
Sin embargo, los sensores de velocidad tienen sus inconvenientes. Son más caros que la mayoría de los acelerómetros y tienen una vida útil limitada, ya que el resorte (membrana) en el que está suspendido el imán interno del sensor acaba desgastándose. Tienen un límite de frecuencia superior, así como una frecuencia de resonancia inferior debido a la resonancia del resorte/masa, lo que limita su rango de frecuencia. Los sensores de velocidad tampoco son adecuados para la detección temprana de cojinetes, son sensibles a los campos magnéticos, son de tamaño ligeramente grande y sus resortes pueden deformarse con el tiempo.
Sensores de desplazamiento
Los sensores de desplazamiento, también llamados sondas de proximidad o sondas de corrientes parásitas, son sensores sin contacto que miden el desplazamiento directamente y se utilizan para supervisar el movimiento del eje y las holguras internas. Son la mejor opción para supervisar máquinas con cojinetes de deslizamiento y cojinetes axiales, y proporcionan una buena intensidad de señal a bajas frecuencias. Los sensores de desplazamiento son fiables y excelentes para la protección y supervisión de turbomáquinas, independientemente de la velocidad.
Los sensores de desplazamiento también tienen sus inconvenientes. Son sensores de montaje permanente y su instalación es costosa. Los sensores de desplazamiento son muy sensibles a la composición y el estado del material de la superficie y requieren una longitud del cable fija desde la sonda de corrientes parásitas hasta el oscilador/demodulador.
¿Qué sensor de vibración se debe utilizar?
Al seleccionar un sensor de vibración, hay que tener en cuenta ciertas variables. El nivel de vibración, el rango de frecuencia, el rango de temperatura y el tipo de cojinete (cojinete de elementos rodantes o cojinete de deslizamiento) son todos importantes. El entorno externo, así como la presencia de campos electromagnéticos, pueden interferir en las lecturas del sensor, por lo que deben tenerse en cuenta. El tamaño y el peso del propio sensor también pueden influir en la selección para aplicaciones pequeñas.
Cómo configurar un sistema de monitorización de vibraciones
En el análisis de vibraciones, es fundamental evaluar y determinar la ubicación de montaje de cada sensor. El montaje incorrecto de un sensor de vibraciones puede dar lugar a resultados poco fiables, por lo que es fundamental montarlo correctamente para garantizar la precisión y la coherencia. La instalación correcta de un sensor de vibraciones se puede lograr si se comprenden los requisitos, las capacidades y las limitaciones de dicho sensor.
Los sensores deben montarse lo más cerca posible de la fuente de vibraciones y en una superficie lisa, sin pintar, plana, libre de aceite y grasa, y más grande que la base del propio sensor. Para garantizar que el sensor detecte fallos en los componentes de la máquina, debe montarse en la ubicación con la orientación adecuada para permitir que se supervise eficazmente la dirección correcta de la vibración (movimiento horizontal, vertical y/o axial).
Básicamente, la configuración de un sistema de monitorización de vibraciones consta de tres partes:
Montaje del sensor
- El montaje correcto del sensor en el sistema es fundamental para garantizar mediciones precisas. Por lo general, cuanto más cerca se coloque el sensor de vibraciones de los soportes del eje (cojinetes), mejor medirá el sensor las vibraciones, especialmente las señales de alta frecuencia.
- Se pueden utilizar varios métodos de montaje para los acelerómetros y los sensores de velocidad, como pernos, soportes adhesivos, imanes planos o de dos polos, o puntas de sonda. El método de montaje afectará al rango de frecuencia que el sensor es capaz de medir (acelerómetros), lo que es especialmente importante con las altas frecuencias. Los sensores de desplazamiento suelen atornillarse a través de la carcasa para supervisar la vibración relativa del eje, con la distancia adecuada para ese sensor. Los sensores de desplazamiento utilizados para la supervisión de vibraciones y velocidades/frases requieren un montaje rígido al fijar el sensor a la máquina.
Cables
- Un buen cableado también es fundamental para un sistema de medición de vibraciones eficiente. En lo que respecta al cableado, la longitud del cable y la capacitancia, el tendido, la conexión a tierra y el anclaje son los aspectos más críticos. Existe una longitud máxima para los acelerómetros antes de que el contenido de la señal comience a disminuir. La capacitancia de un cable aumenta con la longitud; por lo tanto, la salida final del sensor combinará su propia capacitancia con la capacitancia del cable. Por lo tanto, todos los sensores de desplazamiento tienen cables de longitud fija. El tendido es el proceso de determinar la trayectoria del cable desde el sensor hasta el sistema de adquisición. Es necesario un tendido adecuado porque, cuando el cable se tiende cerca de otros dispositivos electrónicos, las interferencias electromagnéticas y las descargas electrostáticas de estos dispositivos pueden interferir en las lecturas del sensor. El cable de instrumentación debe tenderse en bandejas de cable de instrumentación designadas y nunca debe estar paralelo a los cables de alimentación. También es importante evitar los bucles de tierra del cable. Además de estos puntos, el cableado o el tendido deben comenzar con cables debidamente apantallados.
Configuración del sistema de monitorización
- La elección de un sistema de monitorización es sencilla, ya que depende del sensor que se utilice y de su cable. La configuración del sistema de monitorización consiste en garantizar la repetibilidad y una conexión ininterrumpida. Un sistema de monitorización tiene dos interfaces. La primera interfaz se encuentra entre el sensor y la unidad de adquisición y procesamiento de datos. La segunda interfaz se encuentra entre el sistema de adquisición y procesamiento de datos y una red en la que hay otros sistemas y usuarios. Por lo general, el fabricante proporciona una guía detallada sobre cómo configurar correctamente el sistema de monitorización.
DwyerOmega | Blog | ¿Qué es un manómetro?
Escrito por: Dan Schultz
Actualizado el: 30 de octubre de 2025
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Written by: Dan Schultz
Updated on: March 30, 2026