Vibrações em Elementos Rotacionais

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COMPORTAMIENTO DE LAS VIBRACIONES EN ELEMENTOS 
ROTACIONALES CON VARIACIÓN DE TEMPERATURA, PARA DETERMINAR 
LA VIDA ÚTIL EN RODAMIENTOS 
NUMERO DEL PROYECTO 754-865 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DIEGO FERNANDO PINZON MORALES 
 
ALVARO ALEJANDRO GARCIA ALFONSO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD LIBRE DE COLOMBIA 
FACULTAD DE INGENIERIA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA 
AREA DE INVESTIGACION 
BOGOCTA D.C 2008 
 
 2 
 
COMPORTAMIENTO DE LAS VIBRACIONES EN ELEMENTOS 
ROTACIONALES CON VARIACIÓN DE TEMPERATURA, PARA DETERMINAR 
LA VIDA ÚTIL EN RODAMIENTOS 
NUMERO DEL PROYECTO 754-865 
 
 
 
 
 
 
 
 
DIEGO FERNANDO PINZON MORALES 
 
ALVARO ALEJANDRO GARCIA ALFONSO 
 
 
 
 
PROYECTO DE GRADO PRESENTADO COMO REQUISITO PARA OBTENER 
EL TITULO DE INGENIERO MECANICO 
 
 
 
 
Director: 
INGENIERO 
IVAN DARIO GOMEZ LOZANO 
 
UNIVERSIDAD LIBRE DE COLOMBIA 
FACULTAD DE INGENIERIA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA 
AREA DE INVESTIGACION 
BOGOCTA D.C 2008 
 3 
 
 
 
 
Nota De Aceptación 
 
--------------------------------- 
--------------------------------- 
--------------------------------- 
--------------------------------- 
--------------------------------- 
 
Ing. IVAN DARIO GMEZ LOZANO 
Director del proyecto 
 
 
 
 
 
 
------------------------------ 
 
JURADO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 4 
DEDICATORIA 
 
 
 
Esta tesis se la dedico, a la paciencia y esfuerzo 
de mi madre, por darme su apoyo para verme 
formado como persona y profesional, a su 
esmero y esfuerzo. Va dedicada a mi familia que 
gracias a ellos soy la persona que soy. Va 
dedicada al Ingeniero Iván Darío que confió en 
nosotros para que sacáramos adelante este 
proyecto, para el mi profundo agradecimiento. 
 
 DIEGO FERNANDO 
 
 
 
 
Doy gracias a Dios por haberme permitido 
desarrollar satisfactoriamente mi carrera en 
ingeniería mecánica, a mis padres por su apoyo y 
paciencia incondicional e, a mi hermano por ser 
un apoyo y compañía en todo momento a mis 
amigos que siempre estuvieron conmigo durante 
mi formación académica y mi director de tesis 
que siempre fue un brazo amigo en el cual 
pudimos confiar para el desarrollo del proyecto. 
 
 ALVARO ALEJANDRO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 5 
AGRADECIMIENTOS 
 
 
Como autores de este proyecto de investigación expresamos nuestros 
agradecimientos a: 
 
Al Departamento de ingeniería mecánica por permitir el desarrollo del proyecto 
dentro del contexto de la investigación como herramienta clave para el desarrollo 
intelectual, científico y tecnológico del estudiantado. 
 
Ingeniero Iván Darío Gómez por su respaldo asesoría y disposición en la 
elaboración de un proyecto que nos va a servir en la formación de ingenieros. 
 
Ingeniero Jorge René Silva Larrota por su colaboración y respaldo al proyecto de 
investigación, el conocimiento sobre termografia industrial nos ayudo a llevar un 
proceso óptimo en el desarrollo de la investigación. 
 
A los miembros de los laboratorios por su servicio y facilitar los equipos. 
 
De igual manera agradecemos a todas las personas que se vieron involucradas en 
nuestro proyecto. 
 
 
 
 6 
 
 
 
 
CONTENIDO 
 
 
 
 
Pág. 
GLOSARIO 15 
 
NOMENCLATURA 21 
 
RESUMEN 22 
 
ABSTRACT 23 
 
1 INTRODUCCIÓN 24 
 
2 OBJETIVOS 25 
 2.1General 25 
 2.2 Específicos 25 
 
3 JUSTIFICACION 26 
 
4 ANTECEDENTES 28 
 
5 DESCRIPCION DEL PROBLEMA 31 
5.1 formulación del problema 33 
5.2 delimitación del problema 34 
 
6 MÉTODO DE TRABAJO 35 
 
7 DISEÑO DE PROTOCOLO 39 
 
8 RECURSOS 41 
8.1 Humanos 41 
8.2 Físicos 41 
 
 
 7 
9 MARCO TEÓRICO 42 
9.1 mantenimiento 42 
9.1.1 mantenimiento predictivo 42 
9.2 determinación de los niveles de vibración 44 
9.3 análisis de vibraciones para el mantenimiento predictivos de maquinas 47 
9.4 estudio de vibraciones mecánicas 51 
9.4.1 Sistema de masa-resorte 51 
9.4.2 vibración libre 52 
9.4.3 vibración forzada 52 
9,4.4 vibraciones senoidales 52 
9.4.5 vibraciones simples 53 
9.4.6 vibración compuesta 57 
9.4.7 vibración aleatoria y golpeteo intermitente 58 
9.5 transformada de Fourier 60 
9.6 análisis espectral 62 
9.7 rodamientos 63 
 
10 MARCO CONCEPTUAL 70 
 
11 MARCO NORMATIVO 74 
 
12 RECOLECCIÓN DE DATOS 76 
12.1 ejecución de software OMNITREND 77 
12.1.1 software para mantenimiento predictivo y análisis de vibraciones 77 
12.1.2 Codificación de las pruebas y almacenamiento de las 
 vibraciones adquiridas en campo. 79 
12.1.3 Ingreso De Datos79 
12.2 Designación de los puntos 82 
12.3 Cámara termográfica 83 
12.3.1Software para Mantenimiento predictivo, cámara termográfica. 85 
 
13. INGENIERIA DEL PROYECTO 90 
13.1Análisis puntos 93 
13.1.1 Análisis resultados punto 1 94 
13.1.2 Análisis de resultados Punto 2 98 
13.1.3 Análisis punto 3 101 
13.1.4 Análisis punto 4 104 
13.1.5 Análisis punto 5 107 
 
14. VARIABLES SELECCIONADAS 111 
 
15 DESCRIPCION DEL COMPORTAMIENTO DEL BANCO DE PRUEBAS 112 
 
 8 
16.TERCERA FASE DEL PROYECTO 123 
 
RECOMENDACIONES 124 
 
ESTUDIO FINANCIERO 125 
 
CONCLUSIONES DEL PROYECTO 128 
 
CONCLUSION TERCERA FASE 129 
 
RECOMENDACIONES 130 
 
BIBLIOGRAFIA 131 
 
INFOGRAFIA 132 
 
ANEXOS 133 
 
 
 
 
 9 
LISTA DE FIGURAS 
Pág. 
Figura 1. Diferencia entre vibraciones 48 
Figura 2. Masa suspendida en resorte 54 
Figura 3. Periodo de oscilación 55 
Figura 4. Vibración simple 56 
Figura 5. Señales sinusoidales 57 
Figura 6. Vibraciones compuestas 58 
Figura 7. Vibración aleatoria Fuente 59 
Figura 8. Vibración golpe intermitente 59 
Figura 9. Señal en dominio del tiempo y en el dominio de a frecuencia 61 
Figura 10. Señal de dominio del tiempo igual al dominio de la frecuencia 61 
Figura 11. Análisis espectral 62 
Figura 12. Partes del rodamiento 63 
Figura 13.tipos de rodamientos 64 
Figura 14. Ecuación y rodamiento 65 
Figura 15. Ecuación y rodamiento 66 
Figura 16. Ecuación y rodamiento 66 
Figura 17. Tipos de vibraciones 69 
Figura 18. Cámara termográfica 76 
Figura 19. Analizador de vibraciones 76 
Figura 20. Software OMNITREND 75 
Figura 21. Software OMNITREND 78 
Figura 22. Software OMNITREND 80 
 10 
Figura 23. Imagen de vibraciones 81 
Figura 24. Imagen de vibraciones 81 
Figura 25. Imagen de vibraciones 82 
Figura 26. Codificación de puntos 82 
Figura 27. Partes de la cámara termográfica 83 
Figura 28. Partes de la cámara termográfica 84 
Figura 29. Thermacam Explorer 99 85 
Figura 30. Imagen termográfica 86 
Figura 31. Imagen termográfica 86 
Figura 32. Imagen termográfica 87 
Figura 33. Imagen termográfica 88 
Figura 34. Imagen termográfica 88 
Figura 35. Imagen termográfica 89 
Figura 36. Foto toma de dato 90 
Figura 37. Montaje banco de pruebas 91 
Figura 38. Comparación de vibración, velocidad, aceleración y desplazamiento 94 
Figura 39. Toma de vibraciones punto 1 94 
Figura 40. Toma termográfica punto 1 95 
Figura 41. Toma desplazamiento punto 1 95 
Figura 42. Toma termográfica 96 
Figura 43. Toma de vibraciones 97 
Figura 44. Toma termográfica 98 
Figura 45. Toma de vibraciones punto 2 97 
Figura 46. Toma termográfica 97 
 11 
Figura 47. Análisis de vibraciones punto dos 99 
Figura 48. Análisis termográfico punto 2 99 
Figura 49. Análisis de vibraciones punto 2 100 
Figura 50. Análisis termográfico punto 2 100 
Figura 51. Análisis de vibraciones punto 3 101 
Figura 52. Análisis termográfico punto 3101 
Figura 53. Análisis vibraciones punto 3 102 
Figura 54. Análisis termográfico punto 3 102 
Figura 55. Toma de vibraciones punto 3 103 
Figura 56. Imagen termográfica punto 3 103 
Figura 57. Vibración desplazamiento punto 4 104 
Figura 58. Toma termográfica punto 4 104 
Figura 59. Toma de vibraciones desplazamiento punto 4 105 
Figura 60. Toma termográfica punto 4 105 
Figura 61. Toma vibraciones punto 4 106 
Figura 62. Toma termográfica punto 4 106 
Figura 63. Toma vibraciones punto 5 107 
Figura 64. Toma termográfica punto 5 107 
Figura 65. Toma vibraciones punto 5 108 
Figura 66. Toma termográfica punto 5 108 
Figura 67. Toma vibraciones punto 5 109 
Figura 68. Toma termográfica punto 5 109 
Figura 69. Montaje en 3D 111 
 
 12 
 
LISTA DE TABLAS 
 Pág. 
Tabla 1: recomendaciones para la clasificación de las maquinas 48 
Tabla 2: carta de severidad según, norma ISO 2372 50 
Tabla 3: variables del proyecto 111 
Tabla 4: temperatura normal de funcionamiento, P1-1 113 
Tabla 5: temperatura normal de funcionamiento, P1-2 113 
Tabla 6: temperatura normal de funcionamiento, P1-3 114 
Tabla 7: temperatura normal de funcionamiento, P1-4 114 
Tabla 8: temperatura normal de funcionamiento, P1-5 115 
Tabla 9: segunda toma de datos temperatura 100c, P2-1 115 
Tabla 10: segunda toma de datos temperatura 100c, P2-2 116 
Tabla 11: segunda toma de datos temperatura 100c, P2-3 116 
Tabla 12: segunda toma de datos temperatura 100c, P2-4 117 
Tabla 13: segunda toma de datos temperatura 100c, P2-5 117 
Tabla 14: tercera toma de datos temperatura combinación, 100 y 200, P3-1 118 
Tabla 15: tercera toma de datos temperatura combinación, 100 y 200, P3-2 118 
Tabla 16: tercera toma de datos temperatura combinación, 100 y 200, P3-3 119 
Tabla 17: tercera toma de datos temperatura combinación, 100 y 200, P3-4 119 
Tabla 18: tercera toma de datos temperatura combinación, 100 y 200, P3-5 120 
Tabla 19: cuarta toma de datos temperatura, 200c, P4-1 120 
Tabla 20: cuarta toma de datos temperatura, 200c, P4-2 121 
Tabla 21: cuarta toma de datos temperatura, 200c, P4-3 121 
 13 
Tabla 22: cuarta toma de datos temperatura, 200c, P4-4 122 
Tabla 23: cuarta toma de datos temperatura, 200c, P4-5 122 
Tabla 24: estudio financiero equipos 125 
Tabla 25: estudio financiero materiales 125 
Tabla 26: estudio financiero recurso humano 126 
Tabla 27: otros costos 126 
Tabla 28: subtotal 127 
Tabla 29: total 127 
 
 14 
 
LISTA DE GRAFICOS 
Pág. 
Grafico 1: Grafica de tendencia de una maquina rotatoria 45 
 
 
LISTA DE ECUACIONES 
 
Ecuación (1): frecuencia de giro de un rodamiento de bolas 64 
Ecuación (2): frecuencia de rotación de caja 64 
Ecuación (3): paso en la pista exterior de un rodamiento 65 
Ecuación (4): paso en la pista interior de un rodamiento 65 
Ecuación (5): tendencia ecuación lineal 90 
Ecuación (6): tendencia ecuación lineal 90 
Ecuación (7): tendencia exponencial 90 
Ecuación (8): ecuación logarítmica 90 
Ecuación (9): tendencia lineal 91 
Ecuación (10): tendencia lineal 92 
Ecuación (11): tendencia lineal 92 
Ecuación: (12): tendencia lineal 92 
 
 15 
GLOSARIO 
 
 
Analizador de vibraciones: este equipo suministra el valor de las frecuencias a 
las cuales se están presentando las vibraciones capturadas y de esta manera se 
pueden asociar con problemas concretos en las maquinas y su relación con el 
aumento en la temperatura normal de operación. 
 
Vibración: Una partícula experimenta una vibración mecánica cuando a intervalos 
iguales, pasa por las mismas posiciones animada por la misma velocidad. Se 
define por su desplazamiento, velocidad, aceleración y frecuencia. 
 
Desplazamiento (amplitud): Es la distancia entre la posición de la partícula que 
vibra y su posición de reposo. Generalmente nos referimos a la amplitud máxima. 
Unidad: m. 
 
Velocidad: Es la velocidad que anima a la partícula. Equivale a la derivada del 
desplazamiento con respecto al tiempo. 
Unidad: m/seg. 
 
Aceleración: Es la variación de la velocidad por unidad de tiempo y equivale a la 
segunda derivada del desplazamiento con respecto al tiempo. 
Unidad: m/seg2 
 
 16 
Frecuencia propia del sistema: Es la frecuencia en la cual oscilaría el sistema si 
se lo sacara de su estado de equilibrio. Es función de la masa y de la elasticidad 
de todos los sistemas que lo componen. 
Unidad: Hz. 
 
Resonancia: Cuando un sistema es excitado por una fuerza armónica externa, 
cuya frecuencia es igual a la frecuencia natural del sistema, la amplitud de la 
vibración crece y se dice que el sistema está en la resonancia. 
 
Amortiguamiento: Cualquier influencia que extrae energía a un sistema en 
vibración se conoce como amortiguamiento. 
Las definiciones dadas tienen sólo valor informativo y aclaratorio en tanto no están 
fijadas por la norma IRAM CEAF 4036. 
 
Alineación: Posición en la cual las líneas centro de dos ejes deben ser lo mas 
colineales posible,durante el tiempo de operación normal de la máquina. 
 
Amplitud: Es el máximo valor que presenta una onda sinusoidal. 
 
Análisis Espectral: Es la interpretación que se le hace a un espectro para 
determinar el significado físico de lo que pasa en una máquina. 
 
Armónico: Son frecuencias de vibración que son múltiples integrales de una 
frecuencia fundamental específica. 
 17 
 
Armónico Fraccionario: Armónicos que se encuentran entre los armónicos 
principales y son fracciones de la Frecuencia fundamental. 
 
Axial: Posición del sensor que va en el sentido de la línea del eje. 
 
Backlash: Juego que presentan dos elementos móviles conectados que han 
tenido mal montaje y presentan desgaste. 
 
Balanceo: Procedimiento por medio del cual se trata de hacer coincidir el centro 
de masa de un rotor con su centro de rotación, de manera que se pueda eliminar 
el mayor número de fuerzas inerciales. 
 
Bandeamiento Lateral: Son líneas espectrales que aparecen espaciadas a igual 
frecuencia, alrededor de una línea central. Esta es la mezcla de dos señales, en la 
cual la línea central pertenece a una y las líneas laterales pertenecen a la otra. 
 
Cámara Termográfica: este equipo se encarga de tomar imágenes infrarrojas y 
mide el rango de temperaturas en puntos específicos en tiempo real. 
 
Centro de Gravedad: Es la representación de la masa de un cuerpo en un punto. 
 
Ciclo: Es un rango de valores en los cuales un fenómeno periódico se repite. 
 
 18 
Desplazamiento: Cambio de posición de un objeto o partícula de acuerdo a una 
sistema de referencia. 
 
Diagnóstico: Proceso por medio del cual se juzga el estado de una máquina.. 
 
Dominio del Tiempo: Es la representación gráfica de una señal de vibración en la 
cual se enfrentan Amplitud vs. Tiempo. 
 
Espectro: Sinónimo de dominio de la frecuencia. 
 
Frecuencia de falla de Jaula (FC): Es la frecuencia de un rodamiento que se 
excita cuando se presenta deterioro en su jaula. 
 
Frecuencia de falla de Elemento Rodante (FB): Es la frecuencia de un 
rodamiento que se excita cuando se presenta un daño en algún elemento rodante. 
 
Frecuencia de falla de Pista Externa (FO): Es la frecuencia de un rodamiento 
que se excita cuando se presenta un daño en la pista externa. 
 
Radial: Posición del sensor que va perpendicular a la línea del eje. 
 
Resonancia: Se presenta cuando la frecuencia natural de un componente es 
excitada por un agente externo. La amplitud de vibración de la máquina se 
incrementará enormemente causando perjuicios a todos sus componentes. 
 19 
 
RPM: Otra de las unidades de frecuencia. Equivale al número de ciclos por minuto 
que presenta la máquina. 
 
RPS: Otra de las unidades de frecuencia. Equivale a 1 Hz (ciclos por segundo). 
Ruido: Es información de la señal que no representa alguna importancia. 
Representa contaminación de la señal. 
Sensor: Es un dispositivo de medición que transforma una variable física en una 
señal eléctrica. En nuestro caso pasa de una señal física de vibración y la 
convierte en una señal eléctrica. 
 
Señal: Es toda información de magnitud física variable que se convierte a 
magnitud eléctrica mediante un transductor. 
 
Subarmónicos: Son frecuencias que se encuentran a una fracción fija de una 
frecuencia fundamental, como la velocidad nominal de la máquina. 
 
Transformada Rápida de Fourier (FFT): Es una técnica para calcular por medio 
de un computador la frecuencia de las series que conforman la onda en el dominio 
del tiempo. 
 
Velocidad: Razón de cambio del desplazamiento respecto al tiempo. 
 
Velocidad Nominal: Velocidad de entrada de una máquina. 
 20 
 
Vertical: Posición que se le da al sensor, que va en el sentido de la aceleración de 
la gravedad. 
Vibración: Es un movimiento oscilatorio. 
 
Vibración Aleatoria: Frecuencias que no cumplen con patrones especiales que 
se repiten. 
 
Valor cuadrático medio: Término conocido también como media cuadrática o 
RMS (del inglés root mean square) que da a entenderse como una medida 
estadística de la magnitud de la cantidad variable. Puede calcularse para una serie 
de valores discretos o para una función variable continua (es decir, físicamente 
mesurable). Su nombre deriva del hecho de que es la raíz cuadrada de la media 
aritmética de los cuadrados de los valores. Matemáticamente se define el RMS 
como una colección de N valores {x1, x2,…, xN} según la fórmula que sigue: 
 
N
xxx
x
N
x N
N
i
iRMS
22
2
2
1
1
2 ...1 +++
== ∑
=
 21 
NOMENCLATURA 
 
N: velocidad del eje en revoluciones por segundo. 
D: diámetro del rodamiento en pulgadas. 
d: diámetro de las bolas o rodillos en pulgadas. 
n: numero de bolas o rodillos. 
A: amplitud. 
t: tiempo. 
Θ: Angulo de fase. 
T: periodo. 
Hz: Hertz 
Rev/s: revoluciones por minuto. 
Cpm: ciclos por minuto. 
m/s: metros por segundos 
: Metros por segundos las cuadrado 
µm: micrómetro (micra) 
°C: grados centígrados 
 
 
 
 
 
 
 
 22 
RESUMEN 
 
 
ÁLVARO ALEJANDRO GARCÍA ALFONSO 65021076 
DIEGO FERNANDO PINZÓN MORALES 65021036 
 
 
 
 “COMPORTAMIENTO DE LAS VIBRACIONES EN ELEMENTOS 
ROTACIONALES CON VARIACION DE TEMPERATURA, PARA DETERMINAR 
LA VIDA UTIL EN LOS RODAMIENTOS” 
 
Número del proyecto 754-865 
Hoy en día es asequible la tecnología del mantenimiento predictivo, siendo el 
análisis de vibraciones uno de los más usados por su versatilidad y aplicabilidad. 
Las condiciones de operación de los equipos varían de forma considerable según 
medio ambiente, operación e instalación. Una de las condiciones que determinan 
la vida útil de un sistema es la temperatura, y al considerar el comportamiento de 
los materiales (más aún en el caso de los metales), la dilatación de estos cambia 
las condiciones de funcionamiento. Las vibraciones en elementos mecánicos y 
más aún rotacionales son propias de su comportamiento operacional. Por tal razón 
es posible considerar la modificación de la vida útil según la temperatura, teniendo 
como base sus fundamentos y principios de diseño. 
 
PALABRAS CLAVES: mantenimiento predictivo – temperaturas – rodamientos – 
analizador de vibraciones – cámara termográfica – transformadas de Fourier – 
funciones gráficas – ecuaciones – modelo matemático. 
 
 
 23 
ABSTRACT 
 
“BEHAVIOR OF VIBRATIONS IN ROTATIONAL ELEMENTS WITH 
TEMPERATURE VARIATION, IN ORDER TO DETERMINE LIFE SPAN IN 
BEARINGS” 
 
Project # 754-865 
 
Nowadays technology of the predictive maintenance is approachable, being the 
vibration analysis one of the most used because of its versatility and applicability. 
The operation conditions in apparatus vary in a considerable way according to 
environment, handling and installation. One of the situations that determine life 
span in a system is temperature and at the moment of deeming the materials’ 
behavior (even more in case of metals); the thermal expansion changes working 
conditions. Vibrations in mechanical elements and more specifically, rotational 
ones are part of their operational behavior. For such reason it’s possible to 
consider the life span modification in accordance with temperature, having as a 
basis its fundaments and design principles. 
 
KEYWORDS: predictive maintenance – temperatures – bearings – vibration 
analyzer – thermographic camera – fast Fourier transform – graphical functions – 
equations – mathematical model. 
 
 
 
 
 
 
 
 24 
1. INTRODUCCION 
 
El problema se plantea con base a que la operación de los rodamientos en la 
industria no siempre es igual, ya que en esta varía su comportamiento siendo 
dependiente a la temperatura; de acuerdo a esto, el problema que se plantea al 
inicio de la investigación, también tiene en cuenta que ya había un referente con el 
proyecto de investigación anterior1. A lo largo de la investigación, para verificar el 
comportamiento de los rodamientosen condiciones de temperaturas diferentes a 
las de su operación normal, comienza la labor de investigar el comportamiento de 
los rodamientos con variación de temperatura, en la cual tomamos datos con 
equipos de alta tecnología para detección de fallas (ensayos no destructivos). La 
principal herramienta fue el análisis de vibraciones, que fue utilizado para verificar 
el comportamiento cuando variábamos la temperatura; como segundo parámetro 
utilizamos la termografia industrial para controlar la temperatura de los 
rodamientos. 
 
Através de análisis de los datos, se hizo a partir de las transformadas de Fourier 
desarrollando un modelo matemático que mostrara la tendencia de las vibraciones 
en los puntos caracterizados de los rodamientos. A medida que se incrementara la 
temperatura se veía la curva respectiva que identificaba el comportamiento de la 
vibración en velocidad, aceleración y desplazamiento. Esto tenía como finalidad 
que se llevaba un seguimiento desde la toma de datos y un desarrollo de un 
comportamiento deseado según la teoría. 
 
1
 Acá se hace referencia a un Análisis de vibraciones en condiciones normales de operación. 
 25 
2. OBJETIVOS 
 
 
2.1 OBJETIVO GENERAL: 
Estudiar y analizar la variación de la vida útil en elementos rotacionales en su 
segunda fase, cuando sus condiciones regulares de operación son cambiadas a 
condiciones extremas de temperatura, tomando como base el análisis de 
vibraciones. 
 
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS: 
1. Estudiar las condiciones mínimas, según el objeto de estudio, del banco de 
pruebas existente, para el desarrollo de la segunda fase; de acuerdo con 
las conclusiones de la fase anterior. 
2. Determinar las condiciones de estudio y el protocolo de tomas de datos, 
para la caracterización de los puntos de medición. 
3. Desarrollar la toma de datos de los puntos objeto de estudio, tomando en 
cuentas las posibles variaciones y/o consideraciones técnicas. 
4. Estudiar y caracterizar el comportamiento de las vibraciones en elementos 
rotacionales desde sus condiciones normales operacionales hasta 
condiciones de temperatura altas. 
5. Proponer y analizar el modelo matemático más adecuado; según el objeto 
de estudio, para entregar criterios e información que ayude a determinar la 
variación de la vida útil. 
 
 26 
3. JUSTIFICACION 
 
Los elementos rotacionales han sido a lo largo de los años, un punto de 
referencia muy importante para el sector industrial, debido a la gran cantidad de 
elementos de este tipo que se encuentra en la industria mundial. 
 
Uno de los puntos críticos de un equipo son los concernientes a los elementos 
rotacionales; esto se debe a que en la mayoría de los equipos, estos elementos 
desempeñan tareas vitales para el correcto funcionamiento de las maquinas. Es 
por eso que se consideran críticos por la gran responsabilidad que tienen en el 
desarrollo de un proceso en especial. 
 
Un elemento rotacional está diseñado con una cierta vida útil para soportar 
diferentes tipos de cargas; pero dentro del diseño, el cálculo del factor de 
seguridad no involucra la temperatura que pueda alcanzar dicho elemento, cuando 
se encuentra trabajando en condiciones operacionales. 
 
Otro punto de especial cuidado son las vibraciones para cualquier elemento 
mecánico, ya que estas son críticas, debido a que interfieren notablemente en el 
correcto funcionamiento del sistema, así como en su vida útil. Hay que señalar 
que todos estos elementos mecánicos sufren de vibraciones por el desgaste 
progresivo a lo largo del tiempo siendo uno de los grandes retos para analizar y 
asimismo determinar o realizar un mantenimiento preventivo para los elementos 
rotacionales. 
 27 
 
La gerencia de mantenimiento en los últimos años, se ha orientado en desarrollar 
un mantenimiento preventivo más eficiente y eficaz, para prevenir fallas de 
operación en los equipos o máquinas que pueden ser críticos durante algún 
proceso de producción, evitando así retrasos que se manifiestan como pérdidas 
económicas a la compañía. 
 
Es por lo anterior que pretendemos investigar, cómo influye la temperatura en las 
vibraciones mecánicas, generadas en los elementos rotacionales y así analizar la 
confiabilidad de los mismos para determinar si la vida útil aumenta o disminuye. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 28 
4. ANTECEDENTES 
 
Hoy en día es asequible la tecnología del mantenimiento predictivo, siendo el 
análisis de vibraciones uno de los más usados por su versatilidad y aplicabilidad. 
Las condiciones de operación de los equipos, varían de forma considerable según 
medio ambiente, operación e instalación. Una de las condiciones que determinan 
la vida útil de un sistema es la temperatura, y al considerar el comportamiento de 
los materiales (más aún los metales), el desgaste de estos, cambiando las 
condiciones de operación. Las vibraciones en elementos mecánicos y más aún 
rotacionales son propias de su comportamiento operacional, por tal razón es 
posible considerar la variación de la vida útil según la temperatura, teniendo como 
base sus bases y principios de diseño. Como todo en la historia de la humanidad, 
se ha creado en base a una necesidad; y el análisis de vibración no es la 
excepción, considerándose como primer analizador de vibraciones el cerebro 
humano, combinados con los sentidos del tacto y del sonido, para detectar 
posibles fallas en las maquinas. Posteriormente surgió la necesidad de verificar el 
funcionamiento de las maquinas, a través de una invención: el analizador de 
vibraciones. 
Los primeros analizadores de vibración fueron introducidos en los años 1950. Ellos 
medían el nivel general o nivel de banda ancha de vibración en maquinaria, o bien 
en metros (m) Los elementos rotacionales; han sido a lo largo de los años, un 
punto de referencia muy importante para el sector industrial, debido a la gran 
cantidad de elementos de este tipo que se encuentra en la industria mundial. 
 29 
Uno de los puntos críticos de un equipo son los concernientes a los elementos 
rotacionales: esto se debe a que en la mayoría de los equipos, dichos elementos 
desempeñan tareas vitales para el correcto funcionamiento de las maquinas; es 
por eso que se consideran críticos, por la gran responsabilidad que tienen en el 
desarrollo de un proceso en especial. 
 
Un elemento rotacional, está diseñado con una cierta vida útil para soportar 
diferentes tipos de cargas. Pero dentro del diseño, el cálculo del factor de 
seguridad, no involucra la temperatura que pueda alcanzar dicho elemento cuando 
se encuentra trabajando en condiciones operacionales. 
 
Otro punto de especial cuidado son las vibraciones: para cualquier elemento 
mecánico son criticas, porque interfieren notablemente en el correcto 
funcionamiento del sistema, así como en su vida útil; hay que señalar que todos 
estos elementos mecánicos sufren de vibraciones, debido al desgaste progresivo 
a lo largo del tiempo y uno de los grandes retos es analizar y asimismo 
determinar o realizar un mantenimiento preventivo para los elementos 
rotacionales. 
 
La gerencia de mantenimiento en los últimos años, se ha orientado en desarrollar 
un mantenimiento preventivo más eficiente y eficaz, para prevenir fallas de 
operación en los equipos o máquinas que pueden ser críticos durante algún 
proceso de producción, generando así retrasos que se manifiestan como 
perdidas económicas a la compañía. 
 30 
Mils (milésimos de pulgada) pico a pico de desplazamiento vibratorio o en 
pulgadas por segundo (PPS) de velocidad vibratoria. Un poco más tarde, los filtros 
análogos fueron agregados para poder hacer la diferencia entre los componentes 
de frecuencia diferente y de esta manera producir una especie de espectro de 
vibración. 
 
Los años 1970 vieron la llegada dela computadora personal y el procesador de 
las señales digitales que lleva al analizador TRF y eso posibilitó el cálculo de un 
espectro de frecuencias muy rápido, desde una señal de vibración grabada. Los 
primeros analizadores eran muy voluminosos y pesaban hasta 35 kilogramos, y 
eso les hacía más adecuados como instrumentos de laboratorio que como 
unidades portátiles para uso en la industria. 
 
Nuestros antecedentes en la investigación se remonta a la primera proyecto de 
investigación, que estuvo basado en el análisis de rodamientos en condiciones 
operacionales normales, esto dio pie para que pudiéramos empezar, con una serie 
de datos que eran fundamentales para el comienzo, nuestro proyecto. 
 
 31 
5. DESCRIPCION DEL PROBLEMA 
 
Los elementos rotacionales han sido a lo largo del tiempo un factor determinante 
en el sector industrial, debido a que la gran cantidad de equipos que tienen las 
industrias actualmente, contienen elementos rotacionales en la industria mundial. 
 
Los elementos rotacionales están diseñados, para responder en la industria con 
una vida útil que lo determina el fabricante; claro que hay que tener en cuenta que, 
el uso de los rodamientos define la vida útil del mismo; en los diseños de estos 
elementos, se hacen pruebas donde su funcionamiento es normal, y no presenta 
variaciones importantes en su temperatura, la cual puede desgastar los equipos 
en funcionamiento. 
 
Un punto te especial interés, son las vibraciones en todos los elementos 
mecánicos, estas vibraciones son criticas en el funcionamiento de las maquinas, 
ya que hay desbalance, descalibración, y esto reduce notablemente la vida del 
rodamiento; hay que señalar que todos los equipos sufren de vibraciones, esto es 
debido al desgaste de las maquinas, y esto es determinante par tomar decisiones 
cuando se trata de mantenimiento preventivo en los elementos rotacionales. 
 
La industria mundial desde hace bastante tiempo, se ha orientado hacia el 
mantenimiento preventivo eficiente y eficaz. Esto para disminuir y prevenir fallas y 
generando a la industria ahorros significativos; es importante para la industria el 
 32 
mantenimiento preventivo, ya que se disminuyen las fallas en la producción por 
causa de una de las maquinas. 
 
Es por lo anterior que pretendemos investigar, como influye la temperatura en las 
vibraciones mecánicas generadas en los elementos rotacionales y así analizar la 
confiabilidad de los mismos para determinar si la vida útil aumenta o disminuye. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 33 
5.1 Formulación Del Problema 
 
Basados en la información descrita en el punto anterior donde se plantea la 
problemática, observamos que el análisis de vibraciones en mantenimiento 
predictivo es importante para determinar el funcionamiento correcto de elementos 
rotacionales y en nuestro caso de rodamientos SKF, para lo cual haremos un 
seguimiento de los espectros arrojados por el analizador de vibraciones 
vibscanner con los cual podemos determinar las ecuaciones que nos arrojaran el 
comportamiento físico y la tendencia de vibraciones que tiene cada uno de los 
puntos en los rodamientos que evaluamos, sumando que estos van a ser 
sometidos cambios de temperaturas de operación los cual nos dirá si se afectaran 
por lubricación y afectaran mas su comportamiento espectral . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 34 
5.2 Delimitaciones 
 
El proyecto de investigación pretende crear herramientas necesarias para el 
cálculo de la vida útil de los elementos rotacionales en las empresas, ahorrando 
costos por mantenimiento netamente correctivos que llegan a afectar una 
producción en particular. Por lo tanto, el proyecto está dividido en varias etapas, 
las cuales el proyecto macro ha definido. Este proyecto que parte desde la 
segunda fase de la investigación, se basa en evaluar el comportamiento de los 
rodamientos con variación de temperatura; por lo anterior se verán resultados 
parciales de la investigación total. 
 
Durante el periodo estipulado las pruebas que se realizaran, estrictamente se 
desarrollaran bajo el aumento de las condiciones de temperatura de operación 
normal del banco de pruebas; en la segunda fase de investigación, se involucrara 
un cambio forzado en temperatura operacional. 
 35 
6. METODOLOGIA DE TRABAJO 
 
Para el desarrollo de nuestro proyecto de investigación y realizar todos los 
objetivos planteados, desarrollamos la siguiente metodología para ir discriminando 
cada uno de las actividades que realizaríamos en este proyecto: 
 
1. Recolección de información análisis de vibraciones y capacitación en la 
utilización de la cámara termografica y el analizador de vibraciones, los 
cuales serán vitales en la recolección de datos. 
 
Actividades: 
• Estudio de las vibraciones mecánicas como herramienta en la detección de 
fallas en elementos rotativos. 
 
• Capacitación sobre el uso y manejo del equipo de vibraciones con el cual 
vamos a realizar la recolección de datos. Es fundamental obtener tomas 
precisas y exactas para confirmar la tendencia en la próxima etapa 
 
• Estudio sobre radiación y termografia industrial, para uso respectivo de la 
cámara termográfica. 
 
2. Construcción del la campana con la cual aumentaremos la temperatura de 
operación de los rodamientos con bombillos de diferentes vatiages 
 36 
 
Cabe resaltar que la campana fue pintada en su interior con pintura plateada, para 
poder crear mayor reflexión de calor sobre los rodamientos; estas piezas (es decir, 
los rodamientos) y el banco lo pintamos de color gris mate para evitar tener malas 
capturas de imagen con la cámara termográfica, debido a que si hubiéramos 
utilizado pintura brillante hay demasiada reflectividad y la toma de la imagen 
queda deficiente. 
3. Creación del protocolo para la operación de los equipos, tanto cámara 
termografica THERMACAM FLYR y analizador de vibraciones 
VIBSCANNER. A continuación veremos el modelo de formato que 
planteamos para la operación y manejo de los mismos. 
 
Actividades: 
 
Ya teniendo como precedente la primera etapa del proyecto, en el cual se 
observaba la temperatura de los rodamientos y su comportamiento en condiciones 
normales de operación, creamos la siguiente actividad: 
 
 
• Protocolo de actividades primera fase: combinación de bombillos 1a100 
grados 
 
 
 37 
4. Levantamiento y recolección de datos con respecto a la caracterización de 
los puntos, en los rodamientos. En esta etapa empezamos a involucrar la 
temperatura como variable, lo cual explicaremos más adelante. 
 
Actividades: 
 
En relación al protocolo desarrollado, esperamos a que se estabilice la 
temperatura de operación y procedemos a tomar los datos con nuestro analizador, 
lo cual nos va a mostrar una tendencia de los datos adquiridos con esta 
temperatura. 
 
Debemos estandarizar la frecuencia a la cual vamos a evaluar nuestros puntos, 
para evitar supuestos en las lecturas de tendencia en el comportamiento de las 
vibraciones. 
 
 
5. Procedimientos de upload de datos en vibraciones de nuestro banco en las 
diferentes cuatro temperaturas que definimos. 
 
Actividades: 
 
Mediante el software de analizador de vibraciones OMNITREND, descargaremos 
los datos almacenados en el analizador y procederemos a la respectiva lectura y 
revisión de los datos. 
 38 
6. tabulación de los datos obtenidos en laboratorio. 
 
Actividades: 
 
Crear base de datos en Microsoft Excel y tabular los datos de los 3 picos más 
altos de cada espectro, para tener una lectura cierta del comportamiento de la 
vibración. 
 
7. Graficas de datos tabulados 
 
Aquí veremos las tendencias graficas que tienen nuestros rodamientos, en cuanto 
a su comportamiento de vibraciones, para lo cual pasaremos a la siguiente etapa. 
 
8. Análisis de datos e implementación de modelos estadísticos para 
determinaciónde las ecuaciones de que servirán como herramientas en la 
determinación de la vida útil de los rodamientos. 
 
Actividades: 
 
A través del software se determina el comportamiento que mejor indique, siendo 
esta la tendencia mecánica del rodamiento. 
 
Software Hewlett Packard 48G para determinar las ecuaciones de cada uno, 
donde X es la variable de tiempo. 
 39 
7. DISEÑO DE PROTOCOLO 
 
Para la adquisición de datos de nuestro proyecto, desarrollamos un formato para 
hacer un seguimiento al control de temperatura y vibraciones, llevando un orden 
para no cometer errores en la adquisición de datos. 
Este formato, discrimina el procedimiento que se llevo a cabo para toma de datos, 
y verifica que todo esté en orden en las acometidas eléctricas, en el ajuste de las 
poleas, correas, calibración de equipos, verificación del buen funcionamiento de la 
campana de calentamiento. 
 
Para el desarrollo de cada una de las prácticas en laboratorio con nuestro banco, 
debemos crear un procedimiento o protocolo que permita llevar un orden lógico y 
deje que cada ensayo y levantamiento de datos, tenga una fiabilidad alta para que 
así no se preste para supuestos. 
 
Teniendo en cuenta que las tomas con el analizador de vibraciones debe tener 
una correcta maniobrabilidad por parte del investigador, ya que los movimientos 
fuertes y los golpes pueden dañar la lectura de la vibración natural del rodamiento 
y generar lecturas impropias. Este es el protocolo para llevar a cabo en la toma de 
datos: 
 
 
 
 40 
• Revisión de acometidas del banco de pruebas y de la campana generadora 
de temperatura. 
• Revisión de los bombillos de diferentes vatiages. 
• Encender el banco de pruebas durante 30 min. 
• Encender la campana. 
• Calibrar la cámara termografica y establecer las condiciones de entorno que 
tenemos. 
• Encender el analizador de vibraciones y configurar para el levantamiento de 
datos. 
• Controlar la estabilización de temperatura en los rodamientos con la cámara 
termográfica. 
• Levantar datos de los puntos con frecuencia de dos minutos por toma. 
• Apagar la campana. 
• Retirar los bombillos. 
• Apagar banco. 
• Desconectar acometidas. 
• Conexión de los equipos al ordenador. 
• Upload de datos. 
• Procedimiento de análisis de datos. 
 
 
 
 
 41 
8. RECURSOS 
 
 
8.1 Recursos Humanos 
 
Para el desarrollo de este proyecto pudimos tener la colaboración del ingeniero 
Iván Darío Gómez, quien nos colaboró con algunos datos, y en manejo de los 
equipos; también en la revisión y en los seguimientos de los procedimientos y 
toma de datos. Se generaron costos para la capacitación y para la asesoría de los 
investigadores del proyecto, los cuales fueron costeados por la universidad libre 
de Colombia. 
 
8.2 Recursos Físicos 
Para el desarrollo de este proyecto, se utilizaron algunos equipos que se suman a 
los costos del proyecto, como la cámara termográfica, que se empleo para el 
control de la temperatura del rodamiento en el medio donde se hicieron las 
pruebas; también se utilizó el analizador de vibraciones con el cual hicimos la 
toma de las vibraciones. El banco de pruebas que se diseño desde la fase 1, 
posee dos rodamientos SKF referencia 6220, motor kohl back, modelo 48-0196 de 
½ hp. 
 
 
 
 
 42 
 
 
 
9. MARCO TEORICO 
 
9.1 Mantenimiento. 
 
En todas las instalaciones y plantas industriales donde existe maquinaria de 
producción con elementos dotados de movimiento rotativo o alternativo, se hace 
necesario efectuar un mantenimiento de estas máquinas, para conservarlas en 
correcto estado de servicio y garantizar la seguridad y fiabilidad de la planta. Este 
mantenimiento puede ser más o menos sofisticado, dependiendo de la naturaleza 
e importancia de las máquinas que se consideren, agrupadas en varios estados 
que van desde el más simple, hasta el más complejo. Para formarse un mejor 
criterio de lo que significa y aporta el mantenimiento predictivo será comparado 
con su antecesor: el mantenimiento preventivo. 
 
9.1.1 Mantenimiento Predictivo. 
 
Dos aspectos principales logran el mantenimiento predictivo por vibraciones 
mecánicas sobre otros métodos generales de mantenimiento: 
- La reducción de costos 
- El aumento de la seguridad sobre el funcionamiento de los equipos. 
 
 43 
 Esto consiste en la configuración de una metodología que permita la vigilancia 
continua de las máquinas, especialmente aquellas que son las principales y las de 
importancia relativa en el proceso productivo de la empresa industrial. Para que 
esta nueva metodología, basada en la vigilancia continua, sea eficaz frente a los 
conceptos tradicionales de mantenimiento, deberá abarcar los objetivos 
siguientes: 
 
1. No impedir o limitar el funcionamiento de la máquina durante su ejecución 
2. Su costo de implantación debe ser menor que el ocasionado por otro tipo de 
mantenimiento 
3. Debe permitir la detección de la avería en fase incipiente antes de convertirse 
en catastrófica, así como la identificación o diagnóstico de la causa que la origina. 
Se puede afirmar que el mantenimiento predictivo por vibraciones mecánicas, a 
través de la medición continua o periódica, el análisis y control de determinados 
parámetros y la opinión técnica de los operadores de experiencia conforman los 
indicadores del “estado de salud” o condición de la máquina que cumple con los 
objetivos anteriores. Las máquinas ideales no vibran. Toda la energía que 
intercambia es empleada para efectuar el trabajo para el cual fue diseñada. En la 
práctica la vibración aparece producto de la transmisión normal de fuerzas cíclicas 
a través de los mecanismos. Los elementos de la máquina disipan una parte de la 
energía que se le entregó dando a la estructura una vibración característica. Una 
buena concepción de fallas es el nivel de vibración. Son muchos los factores de 
operación, diseño y montaje que provocan el surgimiento de los diferentes niveles 
de vibración. El hecho de que la condición de la máquina esté íntimamente ligada 
 44 
con las vibraciones que ella produce hace que la medición, el análisis de 
vibraciones, el análisis de señales y el análisis mecánico sean las herramientas 
básicas del mantenimiento predictivo por vibraciones mecánicas. 
 
9.2 Determinación De Los Niveles De Vibración 
 
La determinación de los niveles normales de vibración es uno de los aspectos más 
importantes dentro de las tareas de organización para la implementación del 
diagnóstico predictivo por vibraciones mecánicas en una industria. Una incorrecta 
determinación de este parámetro puede conducir a consecuencias fatales para la 
máquina y la industria en general. En la determinación del nivel normal de 
vibración para una máquina dada, los elementos que decidirán cuál debe ser el 
valor que se tomará como referencia están relacionados con la experiencia del 
operador en el trabajo con ellas, las características vibracionales de la misma y la 
rapidez con que evolucionan sus parámetros vibracionales. Como referencia 
deben conocerse los valores, que para estas máquinas tienen otras de su tipo, o 
cuáles son los valores recomendados por las Normas Internacionales sobre 
vibraciones mecánicas. 
 
Un método muy empleado para la determinación de los niveles normales de 
vibración es el análisis de tendencia. Este es un método muy simple el cual se 
basa en la graficación de los parámetros vibracional es de la máquina durante la 
explotación. El mismo puede implementarse de forma automática o manual. Si el 
estado técnico es bueno, los niveles de vibración mantienen sus valores 
 45 
constantes. Si aparece alguna falla, entonces estos valores comienzan a crecer en 
la medida que ésta se desarrolla. Las máquinas poseen características propias 
dadas las condiciones en que fueron construidas y montadas (su acabado 
superficial, rigidez, ajustes, etc.). Estas condicionesdeterminan un nivel 
vibracional característico en la misma. Si una de estas características varía, 
inmediatamente se reflejará en el nivel vibracional, lo que indicará que ha ocurrido 
una alteración en las condiciones originales de la misma. La alteración del nivel 
vibracional no significa que necesariamente ocurrirá una avería inmediata, por 
ejemplo, las Normas de Severidad ISO 2372 establecen que el nivel de vibración 
de 0,71 mm/s es satisfactorio para máquinas rotatorias con potencia menor de 75 
Kw Sin embargo, una máquina puede encontrarse en buen estado técnico y tener 
un nivel de vibración por encima de este valor. 
Este hecho significa que el valor del nivel normal de vibración no es absoluto, sino 
que depende de muchos factores, por lo que para su determinación debe 
establecerse un compromiso entre ellos. Como elemento auxiliar en el logro de 
este objetivo, el análisis de tendencia tiene una gran aplicación. Es por ello, que 
en el estudio preliminar de la máquina, se establece como regla la realización de 
mediciones periódicas para obtener la tendencia de los valores vibracionales de la 
misma. Con el análisis de tendencia se puede, además, determinar el momento de 
posible rotura tomando como referencia el valor máximo permisible del nivel 
vibración. 
El análisis de tendencia exige que las mediciones se efectúen sobre los mismos 
puntos de medición, los que deben ser seleccionados de acuerdo a la estrategia 
establecida para el estudio de la máquina, manteniéndose siempre, las mismas 
 46 
condiciones del muestreo. El análisis puede realizarse tanto sobre los valores 
globales de la vibración, como sobre los espectros vibracionales. 
 
 
Fuente: institución de investigación y desarrollo, caracas Venezuela 2001 
Grafica de tendencia de una maquina rotatoria 
Grafico 1 
 
En la Figura 1. Se muestra el gráfico de tendencia de una máquina rotatoria de 
baja potencia. En la gráfica se ofrece una orientación sobre los criterios de 
severidad y donde los cambios se reportan como etapas en la evolución del nivel 
vibracional. El primer incremento de nivel, que representa aproximadamente dos 
veces el normal, se registra como inicio de cambios. En ella comienza a 
desarrollarse la falla, la cual debe ser liquidada, con pequeños ajustes o 
mantenimiento de rutina. La segunda etapa exige una mayor investigación de las 
causas que han originado el aumento del nivel de vibración y la tercera, donde los 
 47 
niveles de vibración han alcanzado valores de hasta ocho veces el valor de nivel 
normal, exige una acción inmediata. 
 
 
9.3 Análisis De Vibraciones Para El Mantenimiento Predictivo De Máquinas 
 
Hay que tener en cuenta que todas las máquinas vibran debido a las tolerancias 
inherentes a cada uno de sus elementos constructivos. Estas tolerancias 
proporcionan a una máquina nueva una vibración característica básica respecto a 
la cual se pueden comparar futuras vibraciones. Máquinas similares funcionando 
en buenas condiciones tendrán vibraciones características similares que diferirán 
unas de otras principalmente por sus tolerancias de construcción. 
 
Un cambio en la vibración básica de una máquina, suponiendo que está 
funcionando en condiciones normales, será indicativo de que algún defecto 
incipiente se está dando en alguno de sus elementos, provocando un cambio en 
las condiciones de funcionamiento de la misma. Diferentes tipos de fallos dan 
lugar a diferentes tipos de cambios de la vibración característica de la máquina, 
pudiendo ayudar a determinar tanto la fuente del problema, como advirtiendo de 
su presencia. 
 
 
 48 
 
Fuente: 
Universidad de Navarra 
 Departamento de Ingeniería Mecánica Energética y de Materiales 
Figura 1 
 
En las máquinas rotatorias pueden ocurrir fallas que son muy comunes durante la 
operación. Este comportamiento se refleja en el nivel normal de vibración que ellas 
presentan durante el trabajo. Sin embargo, el valor que este nivel puede tomar 
dependerá de la clasificación a la que pertenezca la máquina, dentro de los tipos 
establecidos por recomendaciones de algunas normas (ver Tabla).Realmente, es 
muy difícil establecer a priori cuál es el valor máximo de vibración después del 
cual habrá una rotura inminente. 
Tabla 1 
Fuente: A-MAQ enero 2005 
 
Las máquinas se diferencian por su tamaño, por su rigidez, así como por su 
amortiguamiento, lo que incide en que los valores de los niveles de vibración no 
sean iguales, inclusive, entre máquinas idénticas operando bajo las mismas 
 49 
condiciones. Actualmente se toman como guía numerosas cartas de severidad 
que son el resultado de muchos años de experiencia en la implementación de las 
técnicas de diagnóstico por vibraciones mecánicas en la industria. Estas 
recomendaciones unidas al control del comportamiento de la máquina durante un 
período prolongado de operación, permiten determinar con mayor certeza, el valor 
que se debe tomar como referencia. En la figura 1.5 se muestra un ejemplo de 
carta de severidad para la selección del nivel máximo permisible de vibración de 
acuerdo a la clasificación de las máquinas dada por la Tabla, y en donde los 
valores de amplitud de la vibración se expresan en mm/s. 
Para llevar a buen término un programa de verificación del estado técnico de las 
máquinas basado en el nivel máximo permisible de la vibración, se deben tomar 
reglas generales que hagan reales los pronósticos. Por ejemplo, con qué 
velocidad aumentó la amplitud de la vibración, en cuántas veces aumentó, entre 
otros aspectos. 
Si la máquina mantiene invariable su nivel de vibración por un período de tiempo 
que puede extenderse hasta un año, es innegable que estos valores representan 
su nivel normal de vibración. Si por el contrario, este nivel se incrementa en más 
de dos veces respecto a su valor inicial, no hay dudas que se ha originado una 
falla y se hace necesario su corrección. 
 
 
 
 
 
 50 
Tabla 2 
 
Fuente: A-MAQ enero 2005 
 
De lo antes expuesto se infiere que el análisis vibracional es la base sobre la cual 
se sustenta el mantenimiento predictivo en las empresas industriales, por lo que 
se hace evidente la necesidad que tiene todo el personal encargado de introducir 
estas técnicas en la industria del conocimiento de la teoría sobre las vibraciones y 
su relación con las señales que emiten los sistemas mecánicos durante la 
operación, lo que permitirá la interpretación correcta de los resultados del 
procesamiento. 
 
 51 
9.4 Estudio De Vibraciones Mecánicas. El comportamiento de los sistemas 
mecánicos frente a la aplicación de cargas dinámicas es estudiado por la dinámica 
estructural. Las respuestas dinámicas pueden ser clasificadas con base en la 
regularidad de su comportamiento, es decir si presenta patrones organizados, o si 
por el contrario el comportamiento es aleatorio. El análisis de las respuestas 
periódicas cubre una mayor variedad de estudios que el tratamiento de las 
respuestas aleatorias, tanto en el modelamiento, como en la interpretación. Las 
cargas dinámicas sobre los sistemas rotativos de mayor importancia –y 
ocurrencia- son las de naturaleza periódica. En este tipo de sistemas, las cargas 
periódicas están relacionadas directamente con las velocidades de rotación y sus 
múltiplos, por esta razón los fenómenos referidos que dan origen a estas cargas 
se conocen como fenómenos sincrónicos. En el presente documento se hace 
referencia únicamente a fenómenos sincrónicos. La frecuencia de la excitación 
sirve para una nueva clasificación de la dinámica estructural. De acuerdo con base 
la frecuencia de excitación se definen tres regiones de estudio dentro de la 
dinámica estructural. 
 
9.4.1Sistema Masa -Resorte. Los sistemas masa resorte se consideran ideales 
debido a que omiten la influencia del amortiguamiento; sin embargo son básicos 
para la descripción matemática de los fenómenos dinámicos.La identificación de 
las fuerzas presentes en los sistemas masa-resorte es posible a través de la 
técnica de análisis de cuerpo libre. 
 
 52 
9.4.2 Vibración Libre El estado de vibración libre se refiere precisamente al 
movimiento sin fuerzas excitadoras, sino originado a partir de condiciones iníciales 
de excitación. De acuerdo al análisis realizado en la sección anterior, la respuesta 
de sistemas dinámicos para condiciones de vibración libre está determinada por la 
magnitud de las perturbaciones y por la frecuencia natural del sistema. La 
excitación fundamental para el estudio de vibración libre es el impulso unitario, 
descrito por la función Delta de Dirac. 
 
9.4.3 Vibración Forzada. Como vibración forzada se consideran las situaciones 
en las cuales existe una fuerza continua actuando sobre el sistema durante el 
tiempo para el cual se evalúa la respuesta del mismo. Para todos los tipos de 
cargas el tipo de excitaciones puede describirse como intervalos sucesivos de 
fuerzas discretas actuando por periodos de tiempo τ ∆, como se muestra en la. Τ 
∆F(t) t. La formulación discreta de las funciones permite definir la magnitud de la 
fuerza para cualquier instante de tiempo a través de la función Delta de Dirac 
 
9.4.4 Fuerzas senoidales. El estudio de fuerzas senoidales obedece a dos 
razones fundamentales relacionadas directamente con el desarrollo del presente 
proyecto de grado; desde el punto de vista físico. 
Se denomina vibración a la propagación de ondas elásticas produciendo 
deformaciones y tensiones sobre un medio continuo. 
En las vibraciones hay intercambio entre energía cinética y energía potencial 
elástica. Debida a la pequeñez relativa de las deformaciones locales respecto a 
 53 
los desplazamientos del cuerpo, las vibraciones generan movimientos de menor 
magnitud que las oscilaciones en torno a un punto de equilibrio. 
Las vibraciones al ser de movimientos periódicos (o cuasi periódicos) de mayor 
frecuencia que las oscilaciones suelen generar ondas sonoras lo cual constituye 
un proceso disipador que consume energía es por eso que las vibraciones pueden 
ocasionar fatiga de materiales. 
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 la información de cada uno de sus 
componentes. Por tanto, una señal de vibración capturada de una máquina 
significa la suma vectorial de la vibración de cada uno de sus componentes. 
9.4.5 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 ser representada físicamente por 
ejemplo una masa suspendida de un resorte como el de la figura 2. Si esta masa 
es soltada desde una distancia Xo, en condiciones ideales, se efectuará un 
movimiento armónico simple que tendrá una amplitud Xo. Ahora a la masa 
vibrante le adicionamos un lápiz y una hoja de papel en su parte posterior, de 
manera que pueda marcar su posición. Si jalamos el papel con velocidad 
constante hacia el lado izquierdo se formará una gráfica parecida a la figura 3. El 
 54 
tiempo que tarda la masa para ir y regresar al punto Xo siempre es constante. 
Este tiempo recibe el nombre de período de oscilación (medido generalmente en 
seg. o m/seg.) y significa que el resorte completó un ciclo. 
 
 
 
Masa suspendida en resorte 
Fuente: A-MAQ enero 2005 
Figura 2 
 
 
 
 
 55 
 
Periodo de oscilación Fuente: A-MAQ enero 2005 
Figura 3 
 
El recíproco del período es la frecuencia (es decir F=1/P) la cual generalmente es 
dada en Hz (Ciclos por segundo) o también Ciclos por minuto (CPM). Estos 
conceptos pueden verse más claramente en la figura 4. 
De esta onda sinusoidal también es importante definir la amplitud y la fase. 
 56 
 
Vibración simple Fuente: A-MAQ enero 2005 
Figura 4 
 
La fase realmente es una medida de tiempo entre la separación de dos señales, la 
cual puede ser relativa o absoluta. Generalmente es encontrada en grados. 
La figura 5 muestra dos señales sinusoidales de igual amplitud y período, pero 
separadas 90 grados, lo cual indica que ambas curvas están desfasadas 90 
grados. 
 
 
 57 
 
Señales sinusoidales Fuente: A-MAQ enero 2005 
Figura 5 
 
9.4.6 Vibración Compuesta 
Una señal compuesta es una sumatoria de varias señales sinusoidales que 
comprenden cada uno de los componentes que se encuentran en la máquina, más 
todos los golpeteos y vibraciones aleatorias. 
El resultado es una señal como la ilustrada en la figura 6. 
 
 
 
 
 58 
 
Vibraciones compuestas Fuente: A-MAQ enero 2005 
Figura 6 
 
9.4.7 Vibración Aleatoria Y Golpeteos Intermitentes 
 
Además de las vibraciones simples, también existen otros tipos de vibraciones 
como son la vibración aleatoria y los golpeteos intermitentes. La vibración aleatoria 
no cumple con patrones especiales que se repiten constantemente o es 
demasiado difícil detectar donde comienza un ciclo y donde termina. 
 
Estas vibraciones están asociadas generalmente turbulencia en blowers y 
bombas, a problemas de lubricación y contacto metal-metal en elementos 
rodantes o a cavitación en bombas (Ver Fig. 7). Este tipo de patrones es mejor 
interpretarlos en el espectro y no en la onda en el tiempo. Los golpeteos 
intermitentes están asociados a golpes continuos que crean una señal repetitiva. 
 59 
Estas se encuentran mas comúnmente en los engranajes, en el paso de las aspas 
de un impulsor o ventilador, etc. Este tipo de señales tiende a morir debido a la 
amortiguación del medio. En la figura 8 se muestra claramente este fenómeno: un 
golpe intermitente que se amortigua con el medio. 
 
Vibración aleatoria Fuente: A-MAQ enero 2005 
Figura 7 
 
 
Fuente: A-MAQ enero 2005 
Figura 8 
 
 
 
 
 
 
 60 
9.5 Transformada de Fourier 
 
Existen otras formas para realizar un estudio de vibraciones, entre las cuales 
se encuentra mirar esta señal en el dominio de la frecuencia. Esta es la gráfica 
de Amplitud vs. Frecuencia y es conocida con el nombre de espectro. Esta es 
la mejor herramienta que se tiene actualmente para el análisis de maquinaria. 
 
Fue precisamente el matemático francés Jean Baptiste Fourier (1768 – 1830) 
quien encontró la forma de representar una señal compleja en el dominio del 
tiempo por medio de series de curvas sinusoidales con valores de amplitud y 
frecuencia específicos. 
 
Entonces lo que hace un analizador de espectros que trabaja con la 
transformada rápida de Fourier es capturar una señal desde una máquina, 
luego calcula todas las series de señales sinusoidales que contiene la señal 
compleja y por último las muestra en forma individual en el eje X de la 
frecuencia. En la siguiente ilustración de tres dimensiones (fig.9) puede notarse 
claramente la señal compleja (en color verde), capturada desde una máquina. 
A dicha señal se le calculan todas las series de señales sinusoidales en el 
dominio del tiempo (vistas en azul) y por último se muestra cada una en el 
dominio de la frecuencia (vistas en rojo). La figura 10 muestra una señal en el 
dominio del tiempo y su correspondiente en el dominio de la frecuencia. 
 
 61 
 
Fuente: A-MAQ enero 2005 
Figura 9 
 
 
Fuente: A-MAQ enero 2005 
 Figura 10 
 
 
 
 
 62 
9.6 Análisis Espectral 
Cuando se mide una máquina, se genera una información muy valiosa que es 
necesario analizar. El éxito de este análisis depende de la correcta interpretación 
que se le dé a los espectros capturados con respecto a las condiciones de 
operación en que se encuentra la máquina. 
A continuación en la fig. 10 se muestra un esquema de cómo sería la captura de lainformación desde una máquina para luego ser analizada. 
 
 
 
 
 
Fuente: A-MAQ enero 2005 
Figura 11 
 
 
 
 
 
 63 
9.7 Rodamientos 
 
Los rodamientos (de bolas o rodillos) se han venido utilizando en la mayor parte 
de las aplicaciones a alta velocidad y en la mayoría de la más pequeña maquinaria 
de proceso. 
Los principales componentes de un rodamiento son los siguientes y los podemos 
observar en la Fig. 12: 
 
♦ Pista exterior. 
♦ Pista interior. 
♦ Caja. 
♦ Elementos de rodadura. 
 
 Fuente: 
Universidad de Navarra 
 Departamento de Ingeniería Mecánica Energética y de Materiales 
Figura 12 
 
 
Los elementos de rodadura pueden ser tanto bolas como rodillos, y las posibles 
configuraciones, en función del tipo de esfuerzos a que van a estar sometidos, dan 
lugar a un gran número de posibles configuraciones como puede apreciarse en la 
figura 13 
 
 64 
 
Fuente: 
Universidad de Navarra 
 Departamento de Ingeniería Mecánica Energética y de Materiales 
Figura 13 
 
 
El punto de partida para el monitorizado de fallos en este tipo de elementos es 
rodamientos defectuosos generan frecuencias de vibración a las velocidades de 
rotación de cada componente y cada una de esas frecuencias puede ser 
calculada y registrada haciendo uso de técnicas rutinarias de análisis vibratorio. 
 
Dichas frecuencias rotacionales estarán relacionadas, por tanto, con el movimiento 
de los elementos de rodadura, caja y pistas; incluyendo el giro de bolas o rodillos, 
la rotación de la caja y la frecuencia de paso de bolas o rodillos: 
 
La FRECUENCIA DE GIRO DE BOLAS O RODILLOS (BSF) está originada por la 
rotación de cada bola o rodillo alrededor de su propio eje: 
 
 65 
(1) 
Fuente: 
Universidad de Navarra 
 Departamento de Ingeniería Mecánica Energética y de Materiales 
Figura 14 
 
Dado que el defecto de la bola o rodillo contacta con las pistas interior y exterior 
en cada una de sus revoluciones completas, la frecuencia del defecto de la bola 
será dos veces la BSF o frecuencia rotacional. 
 
La FRECUENCIA DE ROTACIÓN DE LA CAJA (FTF), por ejemplo, la frecuencia 
fundamental del accionamiento, puede calcularse como: 
 
(2) 
Fuente: 
Universidad de Navarra 
 Departamento de Ingeniería Mecánica Energética y de Materiales 
 
 
Un defecto en la pista exterior del rodamiento puede calcularse usando el PASO 
EN LA PISTA EXTERIOR (BPFO): 
 66 
 (3) 
Fuente: 
Universidad de Navarra 
 Departamento de Ingeniería Mecánica Energética y de Materiales 
Figura 15 
 
La frecuencia de defecto en la pista interior o PASO DE BOLA EN PISTA 
INTERIOR (BPFI) puede calcularse como: 
 (4) 
Fuente: 
Universidad de Navarra 
 Departamento de Ingeniería Mecánica Energética y de Materiales 
Figura 16 
Expresiones todas ellas en las que: 
 
♦ D = diámetro medio del rodamiento en pulgadas. 
♦ d = diámetro de las bolas o rodillos en pulgadas. 
♦ n = número de bolas o rodillos. 
♦ N = velocidad del eje en revoluciones por segundo. 
Muchos fabricantes de rodamientos han simplificado los cálculos de estas 
frecuencias de defecto suministrando una guía de referencia. Esta guía da una 
 67 
constante (p.e. valor) para cada una de las frecuencias de defecto de los distintos 
rodamientos fabricados por el vendedor que ha de multiplicarse por la velocidad 
de rotación real del eje de la máquina para obtener las frecuencias de defecto 
único. 
 
Las frecuencias de rotación y defecto pueden surgir como resultado de defectos 
reales del rodamiento o por cargas inducidas bien por la máquina o bien por el 
proceso. El desequilibrio, la desalineación y las cargas anormales amplificarán las 
frecuencias específicas del rodamiento que debe absorber la carga. Por ejemplo: 
 
♦ Una carga lateral excesiva creada por una tensión excesiva en una correa 
amplificará la frecuencia de rotación de la bola (BSF) y ambas frecuencias 
de paso de bola (BPFO y BPFI). 
 
♦ La desalineación de la misma correa amplificará la frecuencia de caja (FTF). 
Las frecuencias de vibración que permiten definir incipientes problemas del 
rodamiento pueden identificarse fácilmente con técnicas de registro de 
banda estrecha: 
 
♦ La frecuencia fundamental (FTF) o de defecto de caja, ocurrirá siempre 
aproximadamente al 40% de la velocidad de funcionamiento. Por lo tanto, 
una banda estrecha establecida para registrar la energía de vibración en una 
banda de frecuencia desde el 30 al 40% de la velocidad de funcionamiento 
 68 
detectará automáticamente cualquier cambio anormal en las condiciones de 
la caja del rodamiento. 
 
♦ De las restantes tres frecuencias de defecto la frecuencia de rotación de la 
bola (BSF) es siempre la de más baja frecuencia. La frecuencia de paso de 
las bolas en la pista interior (BPFI) es siempre la más alta. Una simple banda 
estrecha es suficiente para registrar estas frecuencias de defecto del 
rodamiento. La banda estrecha debería establecerse con un límite inferior de 
cerca del 10% por debajo de la frecuencia normal de rotación de bola (BSF) 
para permitir ligeras variaciones en la velocidad de funcionamiento. El límite 
superior sería, aproximadamente, el 10% más alto que la frecuencia normal 
de defecto de la pista interior (BPFI). 
 
♦ Usando estas técnicas de registro de banda estrecha se puede llegar a 
detectar cualquier cambio anormal en las condiciones del rodamiento. 
 
La banda que registra el nivel de vibración de las tres frecuencias mayores de 
defecto no es capaz de dar información acerca del defecto específico (pista 
interior, pista exterior o bola), pero informará sobre las condiciones funcionales del 
rodamiento. Si se desea saber concretamente cuál de los componentes está 
degradado, deberá evaluarse manualmente la vibración total para tratar de 
detectar la frecuencia de defecto específica que causa la alarma. 
 
 69 
En las figura 17 se muestra cuatro casos reales de distribución en frecuencia de 
la vibración como consecuencia de la presencia de fallos en rodamientos: 
 
 
 
 
Fuente: 
Universidad navarrensis 
 departamento de ingenieria mecanica energetica y de materiales 
Figura 17 
 
 
 
 
 
 70 
10. MARCO CONCEPTUAL 
 
Mantenimiento predictivo: es una técnica para pronosticar el punto futuro de 
falla de un componente de una maquina, de tal forma que dicho componente 
pueda reemplazarse con base en un plan, justo antes de que falle. Así, el tiempo 
muerto del equipo se minimiza y el tiempo de vida del componente se maximiza. 
 
Analizador de vibraciones: La función de un medidor de vibraciones es, 
determinar la condición mecánica de la maquinaria crítica de planta. Cuando se 
detecta un fallo mecánico, el vibrómetro no es capaz de señalar el problema 
específico o su causa raíz. Esta es la función del analizador de vibraciones. 
 
Vibración: En su forma más sencilla, una vibración se puede considerar como la 
oscilación o el movimiento repetitivo de un objeto alrededor de una posición de 
equilibrio. La posición de equilibrio es a la que llegará dicha vibración cuando la 
fuerza que actúa sobre ella sea cero. Este tipo de vibración se llama vibración de 
cuerpo entero, lo que quiere decir que todas las partes del cuerpo se mueven 
juntas en la misma dirección en cualquier momento. 
 
Frecuencia: Es una medida para indicar el número de repeticiones de cualquier 
fenómeno o suceso periódico en una unidad de tiempo. 
 
Termográfica: Se llama termografia a la técnica de formación de imágenes 
usando como fuente radiación infrarroja emitida en forma de calor. La cámara 
 71 
empleada es un detector de barrido de infrarrojos que, genera una imagen en una 
pantalla similar a la de un televisor