Introducción: lo que el espectro convencional no puede mostrar

El espectro FFT es la herramienta más utilizada en el análisis de vibraciones, pero tiene una limitación importante: es una fotografía estática del comportamiento de la máquina a una velocidad determinada. No muestra cómo evoluciona la vibración cuando el equipo acelera o desacelera, ni permite identificar con precisión en qué velocidad el sistema atraviesa una zona de resonancia.

Para ese tipo de análisis existen herramientas específicas: el diagrama de Bode y el diagrama Polar. Ambos se obtienen durante transitorios de velocidad (arranques o paradas) y proporcionan información sobre el comportamiento dinámico del rotor que ningún espectro convencional puede ofrecer.

Son herramientas fundamentales en el análisis de maquinaria rotativa de alta velocidad y en cualquier situación donde las velocidades críticas o la resonancia sean factores relevantes para la confiabilidad del equipo.

Run-Up y Coast-Down: cómo se obtienen los datos

Tanto el diagrama de Bode como el diagrama Polar se construyen a partir de mediciones realizadas durante transitorios de velocidad. Las dos técnicas más utilizadas son el Run-Up y el Coast-Down.

Run-Up (arranque)

El Run-Up consiste en registrar la vibración del equipo durante el proceso de aceleración, desde velocidad cero hasta la velocidad nominal de operación. Durante este transitorio, el analizador captura de forma continua la amplitud y la fase de la componente 1X en función de la velocidad de giro.

Esta técnica es especialmente útil para identificar velocidades críticas durante el arranque y evaluar si el equipo las atraviesa de forma segura.

Coast-Down (parada libre)

El Coast-Down registra la vibración durante la desaceleración libre del equipo, desde la velocidad nominal hasta la detención completa. Durante el Coast-Down, el rotor desacelera por inercia mientras recorre nuevamente el rango de velocidades. En muchas máquinas, esta medición complementa la información obtenida durante el Run-Up y puede facilitar la identificación de velocidades críticas y otros fenómenos dinámicos, especialmente cuando la desaceleración atraviesa lentamente las zonas de resonancia.

La referencia de fase: el tacómetro

Tanto el diagrama de Bode como el diagrama Polar requieren una referencia de fase, normalmente proporcionada por un tacómetro óptico o de proximidad que genera un pulso por revolución. Sin esta referencia, es imposible construir correctamente ninguno de los dos diagramas.

El diagrama de Bode

El diagrama de Bode es una representación gráfica de la amplitud y la fase de la componente 1X en función de la velocidad de giro del rotor. Se compone de dos gráficas superpuestas que comparten el mismo eje horizontal de velocidad.

Cómo leerlo

Gráfica superior (amplitud vs. velocidad): muestra cómo evoluciona la amplitud de la vibración sincrónica a medida que varía la velocidad. Cuando el rotor atraviesa una velocidad crítica, la amplitud aumenta de forma notable formando un pico claramente visible.

Gráfica inferior (fase vs. velocidad): muestra cómo evoluciona el ángulo de fase de la componente 1X en función de la velocidad. Al aproximarse y atravesar una velocidad crítica, la fase suele experimentar una variación significativa. En un sistema ideal de un grado de libertad, este cambio puede aproximarse a 180°, aunque en maquinaria real depende del amortiguamiento, del modo de vibración dominante y de la ubicación del sensor.

Identificación de velocidades críticas

La velocidad crítica aparece en el diagrama de Bode como la combinación de dos señales simultáneas:

• Un incremento pronunciado de la amplitud.
• Una variación significativa de la fase dentro de la misma región de velocidad.

La coincidencia de ambos indicadores constituye una evidencia sólida de la presencia de una velocidad crítica, aunque la interpretación debe complementarse con el conocimiento del equipo y otras mediciones disponibles.

Amplificación y factor Q

La amplitud del pico y la rapidez del cambio de fase ofrecen una indicación cualitativa del nivel de amplificación del sistema alrededor de la velocidad crítica. Cuando se requiere cuantificar el factor Q o el amortiguamiento, es necesario aplicar métodos específicos de análisis. Un factor Q elevado indica un sistema con poca amortiguación y mayor riesgo durante el cruce de la velocidad crítica.

El diagrama Polar

El diagrama Polar representa exactamente la misma información que el diagrama de Bode (amplitud y fase de la componente 1X en función de la velocidad), pero en un formato circular que permite visualizar de forma diferente el comportamiento del rotor durante el transitorio.

Cómo leerlo

Cada punto del diagrama Polar corresponde a una velocidad de giro específica. La distancia desde el centro hasta el punto representa la amplitud de la vibración, y el ángulo del punto respecto a la referencia representa la fase.

A medida que la velocidad aumenta durante el Run-Up, los puntos se van trazando formando una curva continua. Cuando el rotor se aproxima a una velocidad crítica, la trayectoria describe un lazo o una trayectoria característica alrededor de la región de resonancia, cuya forma depende del comportamiento dinámico del rotor y del nivel de amortiguamiento. Esta representación permite visualizar la evolución conjunta de la amplitud y la fase durante el transitorio. En muchos casos, la trayectoria facilita la interpretación del comportamiento del rotor en la zona de resonancia y constituye una herramienta muy útil durante el balanceo de rotores flexibles.

Ventajas del diagrama Polar respecto al Bode

El diagrama Polar ofrece algunas ventajas específicas respecto al diagrama de Bode:

Facilita visualizar la evolución del vector de vibración durante el cambio de velocidad.

En aplicaciones de balanceo de rotores flexibles, la trayectoria observada en el diagrama Polar puede utilizarse como apoyo para estimar el comportamiento del vector de vibración y definir estrategias de corrección.

Es especialmente útil en aplicaciones de balanceo de rotores flexibles, donde el comportamiento del rotor varía significativamente a diferentes velocidades.

Lectura de la trayectoria de resonancia

La forma y el tamaño de la trayectoria aportan información sobre la respuesta dinámica del rotor durante el paso por la resonancia. Su interpretación debe realizarse considerando conjuntamente la amplitud, la fase, la velocidad y las características dinámicas de la máquina.

Bode vs. Polar: ¿cuándo usar cada uno?

Ambos diagramas contienen la misma información pero se complementan en la práctica.

Situación	Herramienta recomendada
Identificar velocidades críticas con claridad	Diagrama de Bode
Analizar la evolución de la fase	Diagrama de Bode
Evaluar el factor de amplificación	Diagrama de Bode
Visualizar la evolución del vector de vibración	Diagrama Polar
Balanceo de rotores flexibles	Diagrama Polar
Análisis completo de comportamiento rotordinámico	Ambos

En la práctica, los sistemas de monitoreo de maquinaria crítica (turbinas, compresores centrífugos, grandes generadores) generan ambos diagramas de forma simultánea durante cada arranque y parada, permitiendo al analista elegir la representación más adecuada para cada pregunta diagnóstica.

Aplicaciones prácticas en maquinaria industrial

El diagrama de Bode y el diagrama Polar son herramientas especialmente relevantes en los siguientes contextos:

Verificación de velocidades críticas tras modificaciones: cuando se realizan cambios en la masa o rigidez de un rotor (reemplazos de componentes, modificaciones de diseño, reparaciones), es necesario verificar que las velocidades críticas no se hayan desplazado hacia la velocidad de operación.

Evaluación del amortiguamiento del sistema: la amplitud y el ancho de la respuesta observada alrededor de una velocidad crítica aportan información sobre el nivel de amplificación y amortiguamiento del sistema. Su cuantificación requiere aplicar métodos específicos.

Diagnóstico de resonancias estructurales: cuando una estructura o soporte presenta resonancia cerca de la velocidad de operación, el Run-Up y el Coast-Down permiten identificar con precisión la frecuencia natural involucrada.

Balanceo de rotores flexibles mediante procedimientos de alta velocidad: en rotores que operan por encima de su primera velocidad crítica, el diagrama Polar es especialmente útil para analizar la respuesta sincrónica del rotor y apoyar la determinación de los vectores de corrección en cada plano de balanceo.

Comparación entre arranques: comparar los diagramas de Bode de diferentes arranques del mismo equipo a lo largo del tiempo permite detectar cambios en el comportamiento dinámico del rotor que pueden indicar deterioro, pérdida de masa o cambios en las condiciones de apoyo.

Seguimiento del comportamiento dinámico en el tiempo: comparar diagramas de Bode y Polar obtenidos durante diferentes campañas de medición permite identificar cambios en las velocidades críticas, la amortiguación o la respuesta dinámica del rotor, proporcionando información valiosa sobre la evolución del estado de la máquina.

¿Qué información necesitan el diagrama de Bode y el diagrama Polar?

Tanto el diagrama de Bode como el diagrama Polar requieren medir simultáneamente la amplitud, la fase y la velocidad de giro del rotor durante un transitorio. Para ello se utiliza normalmente un sensor de vibración (acelerómetro o sensor de proximidad, según el tipo de máquina) junto con un sensor de referencia de fase (por ejemplo, un Keyphasor® o un dispositivo equivalente). Sin esta referencia angular no es posible construir ninguno de los dos diagramas, ya que la fase constituye una de las variables fundamentales para representar el comportamiento dinámico del rotor.

¿Cuándo conviene utilizar un diagrama de Bode o un diagrama Polar?

Estas herramientas no son necesarias en todas las máquinas rotativas. En equipos que operan a velocidad constante y cuyo rango de arranque y operación no atraviesa velocidades críticas relevantes, el análisis espectral convencional puede ser suficiente para muchas tareas de diagnóstico. Sin embargo, en turbinas, compresores centrífugos, grandes ventiladores, generadores, bombas de alta velocidad y otros equipos sometidos a arranques y paradas frecuentes, los diagramas de Bode y Polar aportan información esencial para evaluar el comportamiento dinámico del rotor, identificar velocidades críticas y verificar la estabilidad del sistema después de modificaciones o intervenciones de mantenimiento.

Conclusión

El diagrama de Bode y el diagrama Polar amplían el análisis espectral convencional al mostrar cómo evolucionan la amplitud y la fase durante los cambios de velocidad. Estas representaciones permiten evaluar el paso del rotor por velocidades críticas, reconocer variaciones en su respuesta sincrónica y obtener indicios sobre la amplificación y el amortiguamiento del sistema.

Su uso es especialmente relevante en maquinaria de alta velocidad y alta criticidad, donde el cruce de velocidades críticas durante el arranque y la parada representa uno de los momentos de mayor riesgo para la integridad del equipo.

Un analista que domina estas herramientas tiene una capacidad diagnóstica significativamente superior a quien trabaja exclusivamente con espectros convencionales.