Vibraciones

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UTN FRGP MEDICIONES Y ENSAYOS 
 
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL 
Facultad Regional Gral. Pacheco 
 
 
 
 
MEDICIONES Y ENSAYOS 
 
Departamento de Mecánica 
 
 MODULO 12 
 
 
 
 
 
 
TEMA: MEDICION DE VIBRACION 
ANALISIS DINAMICO ESPECTRAL 
 
 
 
 
 
Aplicación: Complemento teórico 
 
 
 
 
2009 
 
 
 
 Ing. C. A. Pettinaroli 
 Jefe de TP 
 
 
UTN FRGP 
 
 
 
Las mediciones de vibración son empleadas para mejorar las 
equipos, evaluar su respuesta dinámica y monitorear su comportamiento de servicio.
 
Una amplia gama de instrumentos permiten efectuar mediciones de precisión bajo condiciones 
operativas reales o simuladas
tales como altas temperaturas, 
 
En las consideraciones más elementales, l
los ensayos de fatiga; pero técnicamente es una disciplina muy compleja que requiere de 
profesionales especialistas.
 
SISTEMA DE ENSAYO DE VIBRACIÓN
 
1.- GENERALIDADES - EQUIPAMIENTO BÁSICO
 
El ensayo de vibración consiste en aplicar una fuerza vibratoria a un objeto para 
respuesta estructural, física o funcional.
 
Básicamente el equipo de vibración consiste en un generador de señal, un amplificador de 
potencia y un excitador de vibración. 
 
a) Generador de Frecuencias:
Genera frecuencias sinusoidales de 2 Hz a 
 
b) Amplificador de potencia:
Amplifica la señal del generador hasta un nivel suficiente para producir el movimiento del 
excitador de vibración. Tiene una potencia de hasta 150 KW
 
c) Excitador de vibración: 
Transforma la señal sinusoidal eléctrica 
Es en realidad un parlante a electroimán y bobina móvil, cumple la función del cono de un 
parlante de audio. El vector fuerza puede 
 
Un equipo tipo permite alcanzar aceleraciones de hasta 300 g's
velocidades de hasta 3 m/s y
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Generador de frecuencia
 
UTN FRGP 
Las mediciones de vibración son empleadas para mejorar las características operativas de los 
evaluar su respuesta dinámica y monitorear su comportamiento de servicio.
Una amplia gama de instrumentos permiten efectuar mediciones de precisión bajo condiciones 
simuladas e inmersos en un medio ambiente, en algunos casos extremos
tales como altas temperaturas, presiones, radiaciones nucleares, etc.
En las consideraciones más elementales, los ensayos de vibración 
; pero técnicamente es una disciplina muy compleja que requiere de 
. 
SISTEMA DE ENSAYO DE VIBRACIÓN 
EQUIPAMIENTO BÁSICO 
El ensayo de vibración consiste en aplicar una fuerza vibratoria a un objeto para 
respuesta estructural, física o funcional. 
Básicamente el equipo de vibración consiste en un generador de señal, un amplificador de 
de vibración. 
a) Generador de Frecuencias: 
Genera frecuencias sinusoidales de 2 Hz a 40 KHz. 
b) Amplificador de potencia: 
Amplifica la señal del generador hasta un nivel suficiente para producir el movimiento del 
de vibración. Tiene una potencia de hasta 150 KW. 
Transforma la señal sinusoidal eléctrica en un movimiento mecánico de la mesa de trabaj
Es en realidad un parlante a electroimán y bobina móvil, cumple la función del cono de un 
parlante de audio. El vector fuerza puede variar según el modelo de 0,9 a 16
permite alcanzar aceleraciones de hasta 300 g's
hasta 3 m/s y desplazamientos de hasta 30 mm p.a p.
Amplificador de potencia 
Generador de frecuencia Excitador de vibración
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características operativas de los 
evaluar su respuesta dinámica y monitorear su comportamiento de servicio. 
Una amplia gama de instrumentos permiten efectuar mediciones de precisión bajo condiciones 
medio ambiente, en algunos casos extremos, 
radiaciones nucleares, etc. 
de vibración pueden ser confundidos con 
; pero técnicamente es una disciplina muy compleja que requiere de 
El ensayo de vibración consiste en aplicar una fuerza vibratoria a un objeto para examinar su 
Básicamente el equipo de vibración consiste en un generador de señal, un amplificador de 
Amplifica la señal del generador hasta un nivel suficiente para producir el movimiento del 
un movimiento mecánico de la mesa de trabajo. 
Es en realidad un parlante a electroimán y bobina móvil, cumple la función del cono de un 
según el modelo de 0,9 a 16000 Kg. 
permite alcanzar aceleraciones de hasta 300 g's RMS y 500 g's pico, 
desplazamientos de hasta 30 mm p.a p. 
 
Excitador de vibración 
 
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Como equipamiento auxiliar podemos mencionar: 
 
• Módulo de Control: 
Es en realidad generador y servocontrolador de señales programables. Entrega la señal 
prefijada al amplificador y sensa la salida mediante transductores. Compara la señal 
recibida con la programada y realiza las correcciones que se requieran. Se puede mantener 
constante la aceleración, la velocidad o el desplazamiento con frecuencias variables o 
constantes. Permite controlar también la velocidad de variación de frecuencia. Se puede 
programar el ciclado requerido y el número de ciclos. La detección es automática una vez 
cumplido el ciclado programado. 
La operación puede efectuarse por acceso directo o a distancia mediante una unidad de 
control remoto. 
 
• Módulo de control de resonancia: 
Regula al módulo de control para que el mismo encuentre y mantenga la vibración en el 
rango de frecuencias de resonancia de la pieza bajo análisis. 
 
• Transductores 
Como instrumentos de 
medición se utilizan los 
acelerómetros. 
 
Configuración típica, algunos 
ejemplos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Configuración típica 
 
Excitación estructural multipuntual 
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2.- ANALIZADOR DINÁMICO ESPECTRAL 
Básicamente permite visualizar en una pantalla el espectro de frecuencias de un elemento en 
movimiento, el análisis de mediciones mecánicas, eléctricas, acústicas e hidráulicas. 
Esta controlado por un microprocesador que admite interfases IEEE 488 y RS 232 lo que 
permite conectar plotter, graficador X-Y, impresoras y pantalla auxiliar. 
 
La presencia de dos canales de entrada permite establecer la relación causa efecto midiendo 
en forma simultánea excitación y respuesta. 
También procesa señales de micrófonos para mediciones de intensidad acústica. 
 
USOS: 
Estudio de ruido y vibración en vehículos, aviones, barcos, equipos, máquinas 
herramientas, motores, turbinas de gas o vapor, chasis y carrocerías, pudiendo analizar 
sonidos provenientes de sonares. Se aplica en medicina y biología para estudios de 
estímulo vs reacción. 
 
DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO: 
Posee 5 funciones básicas seleccionables: 
a) Espectro: Presenta el espectro de frecuencias en función de g, v, d, V. 
Se pueden seleccionar las unidades de trabajo (Simela o Inglesas). 
b) Rangos disponibles: 0<= f <= 40 KHz y 0< g <= 1000 g's 
c) Densidad de Energía: sqrg/Hz en función de la frecuencia f 
d) Tiempos: Voltaje en función del tiempo en s, ms, μs. 
e) Estadística: Da la distribución de frecuencias y la distribución acumulada. 
f) Transferencia: Presenta en pantalla simultáneamente estímulo y respuesta. 
 
Posee además “menus” con integracióny derivación de primer y segundo grado de la función 
de entrada. 
Procesa señales desde 2 μV a 20 V 
La imagen puede retenerse durante 15 días en memoria. 
 
Aplicación al análisis estructural 
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Ubicada una frecuencia cualquiera con el cursor vertical, se pueden visualizar todas sus 
armónicas. 
El espectro obtenido en pantalla puede magnificarse mediante un zoom electrónico con factores 
que van de 2X a 100X. 
 
APLICACIONES más frecuentes: 
A) Mantenimiento Predictivo: 
La aparición de equipos para análisis espectral permitió pasar del mantenimiento preventivo 
basado en la estadística de fallas para determinar la vida útil de un equipo, al 
mantenimiento predictivo que permite seguir la evolución de la vida por comparación de 
espectros y predecir el grado de desgaste sin detener la unidad pudiendo planear la 
detección para la reparación. Existen ya gráficos standards de máquinas y elementos de 
máquinas para efectuar comparaciones y tablas que nos dan los límites de severidad de 
vibración. 
 
Por ejemplo en una maquina multicilíndrica por estadística se asigna como vida útil de los 
cilindros 8000 hs de funcionamiento; mediante mantenimiento predictivo se llegó a 25000 
hs. 
En máquinas nuevas se efectúan mediciones cada 100 hs de funcionamiento hasta que 
aparezcan los primeros síntomas de fallas. A partir de allí se fijan intervalos más cortos de 
control. 
 
Ver en el anexo un ejemplo de planificación. 
 
B) Detección de fallas en rodamientos: 
El mal funcionamiento de rodamientos generalmente se detecta cuando el componente ha 
fallado completamente. La imposibilidad de detectar fallas incipientes obliga al reemplazo 
periódico de componentes nuevos para evitar daños mayores extendidos a otros elementos 
de máquina. Los posibles modos de fallas de rodamientos incluyen tensiones de contacto 
excesivas, cargas desalineadas, lubricantes malos o contaminados, descargas eléctricas 
entre pista y bolillas o materiales defectuosos. El paso de la bolilla sobre defectos de la 
pista interior o exterior del rodamiento, origina señales de frecuencias rotacionales y por lo 
tanto vibraciones. 
 
Los espectros mostrados de densidad de energía en función de la frecuencia muestran 
rodamientos con fallas y sin defectos operando a 5000 rpm y 100 lbs de carga. 
 
3.- ACELEROMETROS 
La medición de impactos y vibraciones en estructuras y máquinas empleadas en todos los 
campos de la ingeniería se efectúa mediante acelerómetros. 
 
Los acelerómetros son transductores y existen dos tipos: 
 
1. Transductores que emiten señales directas sin necesidad de una alimentación eléctrica 
(acelerómetros piezoeléctricos). 
2. Los transductores de resistencia (strain gages), los capacitivos y los servo acelerómetros 
requieren energía eléctrica externa. 
 
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Todos los acelerómetros emiten señales de salida proporcionales a la amplitud de la vibración a 
través de todo el rango de frecuencia operativo. El principio operativo es el sistema mecánico 
de los sismógrafos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Las características importantes de los acelerómetros son: 
- Gran resolución, 
- elevada respuesta, 
- poco tamaño y peso, 
- larga vida y 
- facilidad de aplicación. 
 
Actualmente se emplean acelerómetros piezoeléctricos y piezo-resistivos. 
 
Tipos de montaje de los acelerómetros 
Se pueden fijar a la pieza a ensayar roscándolos, pegándolos o mediante puntas de contacto. 
 
 
Acelerómetros piezoeléctricos 
(M= masa; k1 = precarga; k2 y k = piezoeléctricos;). 
Diseños: compresión (izq.) y al corte (derecha) 
Acelerómetro piezo-resistivo 
(R1, R2, R3 y R4 strain gages) 
 
Servo acelerómetro 
 
 
 
Servo acelerómetro 
(detalle operativo Eyestone-Wilson) 
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1. Atornillado: 
Mejor respuesta en frecuencia (montaje rígido)
2. Con imán permanente:
• Fácil instalación
• Hasta 200 g’s
• No apto para vibraciones impulsivas.
3. Con cemento: 
• Apto para montaje semipermanentes.
4. Apoyado manualmente:
• Para lugares inaccesibles en la búsqueda rápida de puntos de mayor vibración.
• Mala respuesta en frecuencia (baja resonancia)
• fmáx = 1 KHz 
 
Parámetros a considerar al elegir un 
En cada caso se debe tratar de lograr alta fidelidad en los
tener en cuenta tres parámetros fundamentales:
 
a) Sensibilidad: 
Cuanto mayor es la sensibilidad mayor es el
frecuencia de resonancia. Por lo tanto la selección de la sensibilidad 
restantes parámetros. 
b) Peso: 
Para ensayar componentes livianos como circuitos
masa, se deben emplear acelerómetros pequ
atenué el movimiento vibratorio de la pieza ensayada ni disminuya su frecuencia natural de 
resonancia. 
c) Respuesta en Frecuencias
Hay acelerómetros para bajas
de acuerdo a los requerimientos. 
 
Otros factores a tener en cuenta son:
 1
UTN FRGP 
Mejor respuesta en frecuencia (montaje rígido) 
Con imán permanente: 
Fácil instalación 
Hasta 200 g’s 
No apto para vibraciones impulsivas. 
Apto para montaje semipermanentes. 
Apoyado manualmente: 
Para lugares inaccesibles en la búsqueda rápida de puntos de mayor vibración.
Mala respuesta en frecuencia (baja resonancia) 
 
Parámetros a considerar al elegir un acelerómetro: 
En cada caso se debe tratar de lograr alta fidelidad en los datos obtenidos para lo cual hay que 
parámetros fundamentales: 
Cuanto mayor es la sensibilidad mayor es el tamaño (peso) del 
frecuencia de resonancia. Por lo tanto la selección de la sensibilidad 
 
Para ensayar componentes livianos como circuitos impresos o elementos de pequeña 
masa, se deben emplear acelerómetros pequeños de tal manera que su
el movimiento vibratorio de la pieza ensayada ni disminuya su frecuencia natural de 
Respuesta en Frecuencias: 
para bajas frecuencias (2 a 5 Hz) y para alta
de acuerdo a los requerimientos. 
Otros factores a tener en cuenta son: 
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Para lugares inaccesibles en la búsqueda rápida de puntos de mayor vibración. 
datos obtenidos para lo cual hay que 
eso) del acelerómetro y menor su 
frecuencia de resonancia. Por lo tanto la selección de la sensibilidad está limitada por los 
impresos o elementos de pequeña 
eños de tal manera que su masa dinámica no 
el movimiento vibratorio de la pieza ensayada ni disminuya su frecuencia natural de 
frecuencias (2 a 5 Hz) y para alta frecuencia (hasta 40 KHz) 
 
 4 
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d) Linealidad: 
Se debe buscar linealidad de respuesta en los rangos de aceleraciones requeridas. 
e) Sensibilidad transversal: 
Es la respuesta a movimientos laterales. Puede desearse o no. Los hay mono, bi o 
triaxiales. 
f) Sensibilidad a la temperatura: 
La sensibilidad de un acelerómetro varía con la temperatura. En general la sensibilidad es 
constante entre - 54 °C y + 121 °C y los hay especiales para temperaturas cercanas al cero 
absoluto y hasta 1000 °C. 
 
ANEXO 
I. Ensayo de simulación 
II. Mantenimiento Predictivo – Planificación 
 
---- 0 ---- 
 
I.- Ensayo de simulación (ejemplo)A continuación se detallan las etapas tipo de un ensayo de 
simulación en un vehículo. 
 
1. Instrumentación del componente 
Se instrumenta el componente para la obtención de los esfuerzos o 
movimiento: (dinámicos) que se quieren reproducir en el laboratorio 
(strain gages, acelerómetros etc.) 
 
Se miden aceleraciones, desplazamientos, tensiones, fuerzas, etc. 
 
2. Test de rodadura (test ride) para recolección de los datos en el terreno 
Se rueda con el vehículo instrumentado en la pista o 
en un tramo de ruta que se quiere reproducir en el 
laboratorio. 
 
Por ejemplo una vuelta completa (o un viaje con un 
producto embalado), en trecho pedregoso, 
paralepipedo, calle, etc. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. Montaje en el laboratorio. 
Se instala el mismo vehículo con los componentes instrumentados, 
en los actuadores hidráulicos en el laboratorio con el mismo 
sistema de medición utilizado en el terreno. 
 
 
 
 
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Si fuera un embalaje se lo coloca en una mesa de vibraciones 
 
4. Análisis y edición de datos. 
Paralelamente a la actividad del punto anterior, con el uso del sistema instalado en el 
computador, se hace la edición de las señales grabadas en el terreno. 
Esta edición sirve para retirar-señales espurias de grabación, y eliminar trechos "silenciosos" 
(trechos sin excitación mecánica significativa). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La señal obtenida al final de éste proceso se define como señal "deseada" o en otras palabras, 
es la señal que queremos ver reproducida (medida) también en el laboratorio (terreno = 
laboratorio) 
 
5. Determinación de la función transferencia del sistema. 
La función transferencia, es una representación matemática por la cual el sistema "vehículo" 
transfiere a los puntos remotos, las señales que ellos reciben a través de los neumáticos. 
Normalmente nosotros no conocemos esta función y no es posible obtenerla con exactitud por 
procesos analíticos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Con el vehículo o componente instalado en el sistema de actuadores hidráulicos, el sistema 
genera una señal aleatoria (ruido blanco) y excita a los actuadores. El "ruido blanco" en verdad 
es una señal generada con diversas frecuencias, y amplitudes en secuencia aleatoria. 
Esta señal comandará a los actuadores hidráulicos que a su vez van a aplicar el/los esfuerzos a 
los componentes. 
 
Como el ruido blanco contiene todos los componentes de amplitud, frecuencia y fase presentes 
en la señal medida en el terreno, el componente bajo ensayo tendrá en el laboratorio todas las 
formas de excitación posibles. 
 
 
 
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Además de la excitación independiente de cada punto (para sistema multicanales) con ruido 
aleatorio, el sistema calcula las funciones transferencias relativas para todos los puntos 
instrumentados. 
 
Conocida la función transferencia entre los puntos medidos y los puntos de excitación (las 4 
ruedas del vehículo por ejemplo), y conocida la señal "deseada" en cada punto, el sistema 
calcula primero la señal que será aplicada a el/los actuadores hidráulicos para obtener una 
señal igual a la medida en el terreno ("señal deseada"). 
 
6. Primera estimación 
La señal de comando "calculada" en la primera tentativa se aplica a el/los actuador/es y se mide 
la nueva respuesta de los sensores de medida. 
La primera señal medida en el laboratorio es comparada con la señal del terreno ("señal 
deseada") y se determina la diferencia entre las dos señales (a esta señal diferencia la 
llamamos error). 
El error se suma al comando anterior y el nuevo comando se usa para controlar en una 
segunda tentativa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7. Calculo de error e interacción 
Se hace una nueva excitación y una nueva comparación. Se entra en una rutina de iteraciones 
hasta que las señales medidas en el laboratorio sean exactamente iguales a las señales 
medidas en el terreno ("señal deseada"). Todo el proceso interactivo se hace en forma 
automática por el sistema. Al final de éste proceso interactivo, terreno y laboratorio son la 
misma cosa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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8. Ejecución del ensayo de durabilidad 
A partir del instante en el cual el sistema de ensayos reproduce las solicitaciones de la pista, la 
ingeniería experimental puede determinar qué tipo de ensayo desea hacer. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Si el propósito es hacer un ensayo de vida, podemos avanzar un poco más. Utilizando un 
software auxiliar para análisis de fatiga, se hace una evaluación del tenor del daño producido 
por la señal a que el componente está siendo sometido en el ensayo. 
Se estratifica la señal obtenida en el laboratorio, en el sentido de producir el mismo daño en el 
tiempo más corto posible. En otras palabras se retira de la señal del "terreno" ("señal deseada") 
toda excitación que no produzca daño al componente, con ésta se reduce la duración total del 
ensayo, manteniéndose el contenido y la forma del daño causado por la operación del 
componente en el terreno. 
Una vez encontrada ésta señal "compacta”, el simulador aplicará tantas "vueltas a la pista" o 
tantos "viajes", cuanto fueran necesarios para determinar la vida útil del componente (años, km. 
horas transportadas, etc.). 
 
 
II.- Mantenimiento Predictivo – Planificación 
 
1 DEFINIR la máquina a incluir en el plan 
(Equipos esenciales y críticos en la línea de producción) 
2 DETERMINAR niveles normales y límites aceptables de vibración 
(Referencia inicial para futuras comparaciones en el tiempo) 
3 ESCOGER adecuadamente puntos de mediciones 
(Sensibles a la aparición de desperfectos típicos de cada máquina) 
4 FIJAR intervalos entre mediciones 
(Cada 100 hs de operación si no hay experiencia previa) 
5. ADOPTAR un correcto sistema de archivo de mediciones 
6. ENTRENAR al personal que efectuara las mediciones 
 
Ejemplo 
El departamento de mantenimiento de fábrica ha definido como equipo critico a una bomba de 
agua. De acuerdo a la historia de estos equipos los puntos de mediciones son en los asientos 
de los rodamientos. Se eligió como sistema de archivo de datos la siguiente tarjeta: 
UTN FRGP 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Se entrenó a 2 operarios quienes realizaran las mediciones en los intervalos fijados (cada 100 
horas) y los datos son volcados en 
 
La supervisión o uno de los operarios (el más calificado) llevan un histograma o registro gráfico 
en la PC y analizan la evolución del equipo. La función primordial es prever con anticipación la 
parada de máquina para poder efectuar e
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Instrumental: 
Para las mediciones es necesario contar con equipos adecuados y en el mercado existen de 
diversos tipos y complejidad. Para el ejemplo citado es suficiente con un equipo portátil simple y 
acelerómetro de contacto. Si se definió además realizar 
aplicables a otras máquinas
altamente calificados. 
 
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Se entrenó a 2 operarios quienes realizaran las mediciones en los intervalos fijados (cada 100 
horas) y los datos son volcados en la tarjeta anterior. 
La supervisión o uno de los operarios (el más calificado)llevan un histograma o registro gráfico 
en la PC y analizan la evolución del equipo. La función primordial es prever con anticipación la 
parada de máquina para poder efectuar el cambio de rodamiento sin afectar a la producción.
Para las mediciones es necesario contar con equipos adecuados y en el mercado existen de 
diversos tipos y complejidad. Para el ejemplo citado es suficiente con un equipo portátil simple y 
acelerómetro de contacto. Si se definió además realizar un análisis 
a otras máquinas es necesario contar con equipos más sofisticados y personal 
Tarjeta tipo para relevamiento de datos 
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Se entrenó a 2 operarios quienes realizaran las mediciones en los intervalos fijados (cada 100 
La supervisión o uno de los operarios (el más calificado) llevan un histograma o registro gráfico 
en la PC y analizan la evolución del equipo. La función primordial es prever con anticipación la 
l cambio de rodamiento sin afectar a la producción. 
Para las mediciones es necesario contar con equipos adecuados y en el mercado existen de 
diversos tipos y complejidad. Para el ejemplo citado es suficiente con un equipo portátil simple y 
análisis integral de vibraciones y 
más sofisticados y personal 
 
 
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Si los análisis integrales de vibraciones son esporádicos se recomienda contratar los servicios 
de terceros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bibliografía 
 
Process Instrumets and Controls Handbook Considine, D.M. Ed. Mc Graw Hill 
Fatiga de metales Modulo 23 UTN FRGP 
Publicaciones técnicas y catálogos: MTS, Brüel & Kjaer, Spectral Dynamic, Semapi y otros 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1° edición Ing C.A. Pettinaroli año 1991 
Rev 01 Ing. J.C. Fushimi año 2009