fallas por vibraciones-

1. Práctica de Vibraciones / Mantenimiento
1
PRACTICA DE VIBRACIONES EN MÁQUINAS ROTATIVAS Y
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA DEL ECUADOR
Nilo Javier Reyes Guerrero 11
Resumen Abstract
El presente trabajo consiste en realizar un análisis
de vibraciones de fallos, en la cual se estudiara el
funcionamiento normal de máquinas rotativas,
fallos por desbalanceo y fallos en general que se
dan en un motor de combustión interna. Este
análisis consiste en grabar el sonido que se genera
en poner en funcionamiento la maquina o motor
cualquiera sea el caso de análisis, para lo cual se
debe de tener la ayuda del programa matlab que nos
brindara el espectro de las vibraciones en la cual se
analizarán los fallos.
Y se determinaran puntos importantes en el tema de
mantenimiento de los mismos, como también
realizar distintas comparaciones de los análisis de
espectros obtenidos para así ver su estado y
detectar el tipo de fallo que ocurra en este.
Palabras Clave: vibraciones; espectros; frecuencia;
amplitud; fallos; rpm.
This paper is an analysis of vibration failure, in
which the normal operation of rotating machines,
unbalance faults and failures generally occurring in
the internal combustion engine. This analysis is to
record the sound generated in operating the machine
or engine either case analysis, for which you must
have the help of the program matlab we would
provide the spectrum of vibrations in which will be
analyzed failures.
And important points were determined on the issue
of maintaining them, as well as perform various
comparisons of the spectra obtained for analysis and
view the status and detect the type of failure that
occurs in this.
Keywords: vibration; spectra; frequency; amplitude;
failures; rpm.
Nilo Javier Reyes Guerrero1
Estudiante de Ingeniería Mecánica Automotriz, de la Universidad Politécnica Salesiana
perteneciente al sexto ciclo de Ingeniería.

2. Práctica de Vibraciones / Mantenimiento
2
1. Introducción
El análisis de vibraciones es muy importante hoy
en día en distintas ramas de la Ingeniería una de
ellas es la Ingeniería del Mantenimiento, el
porqué de las vibración es de gran importancia, la
respuesta de vibración permite determinar la
integridad de la estructura, propiedades de
materiales, fatiga, rigidez, fracturas.
El mantenimiento predictivo tiene tendencias y
análisis del desempeño de maquinaria para
determinar cuándo será necesario el
mantenimiento para evitar fallas catastróficas,
como también la protección de la maquinaria-
monitoreo de vibración e iniciar alarmas o
apagado cuando los niveles excedan determinado
límite.
2. Motores
Un motor es un órgano vital en una máquina, que
permite el funcionamiento correcto del mismo en
donde este transforma la energía ya sea eléctrica,
de combustibles fósiles, etc. a energía mecánica
que es capaz de realizar una determinado trabajo.
2.1 Motores Eléctricos Asíncronos
Son máquinas en la cual convierten la energía
eléctrica en una energía mecánica rotacional.
Existen tres tipos de motores eléctricos:
 Asíncrono o de inducción
 Síncrono
 Corriente continua
Cada uno de estos tipos de motores presenta la
propiedad de poder ser reversibles funcionando
como generadores de energía eléctrica. En los
motores asíncronos trifásicos, el devanado del
estator se alimenta con corriente alterna trifásica
desde la red, y por inducción en el rotor. El
rendimiento de las máquinas eléctricas es muy
alto, pero presenta pérdidas que lo hacen
calentarse. Este suceso es muy importante ya que
el aislamiento se deteriora con la temperatura, y
con esto la duración de la vida útil de la máquina.
Si mejoramos el sistema de enfriamiento de la
máquina, podemos mejorar su rendimiento y con
ello la potencia.
2.2 Motores de Combustión Interna
Estos motores son los que usan comúnmente los
automóviles y también tiene el nombre de motores
de explosión.
Este nombre se les fue asignado debido a que el
combustible se quema en el interior del motor y no
es un dispositivo externo a él, como se da en el
caso de los motores a diésel.
Estos motores trabajan en cuatro tiempos que son la
admisión, la compresión, la explosión y el escape.
Figura 1 Motor de Combustión Interna [1]
3. Fallos ocasionados por Vibraciones
En mantenimiento un técnica muy importante al
momento de saber el estado específico de una
maquina es mediante un análisis de espectros de
vibraciones donde se poder ver los fallos que la
maquina tiene o los fallos futuros que podrían
suceder.
A continuación indicaremos las distintas clases de
fallos que se pueden dar en máquinas:
Vibraciones Producidas por Desbalances
Un fallo por desbalanceo sé cuándo su centro de
masa o centro de gravedad no coincide con el
centroide de la figura. Donde el caso de
desbalance un de los casos más frecuente en
orígenes de fallos.

3. Reyes Guerrero Nilo J. / Práctica de Vibraciones
3
Vibraciones Producidas por
Desalineación
Estas vibraciones son producidas al momento de
unir o acoplar, elementos al eje del motor de una
manera no paralela.
Las vibraciones se dan de tres formas:
- Desalineación Vertical
- Desalineación Horizontal
- Desalineación Angular
Vibraciones Producidas por
Excentricidad
“El espacio que existe entre el rotor y el estator
(entrehierro) es muy reducido, algunos milímetros.
Es por esto que el rotor debe de estar lo más
alineado posible, así también la redondez del eje y
la excentricidad de sus posiciones relativas
durante el giro. Si lo anterior no se cumpliera,
puede producir deformación en el entrehierro.”[2]
Tipos de excentricidad:
- Excentricidad Estática
- Excentricidad Dinámica
Figura 2 Excentricidad Estática [3]
Figura 3 Excentricidad Dinámica [4]
Vibraciones Producidas por Rodantes
defectuosos
Las fallas que se ocasionan en lo rodantes son
fruto del desgaste de los componentes internos
debido al arduo trabajo de los mismos y en
algunos casos falta de lubricación y limpieza.
Para lo cual se van a dar diferentes tipos de fallos,
en donde esto va a depender de algunos factores
propios de los rodamientos que se indicaran a
continuación en la siguiente gráfica.
Figura 4 Rodamientos y partes de importancia [5]
4. Análisis de Vibraciones
El análisis de vibraciones, entre otras son técnicas
de mantenimiento predictivo que permiten hallar
las causas de posibles fallos anticipándose a la
avería.
A continuación se detallara los puntos importantes
a considerar en el análisis de espectros de
vibraciones de máquinas rotativas y motores de
combustión interna.
Puntos de análisis de la práctica:
- Identificación de la velocidad de giro de 3
máquinas rotativas.
- Funcionamiento normal y con fallo provocado
por desbalanceo.
- Funcionamiento normal y con fallo de un motor
de combustión interna

4. 4
A continuación se va a proceder detallar las
distintas herramientas que se usaron en esta
práctica de análisis de vibraciones.
Herramientas para Desarrollo de la Práctica
- Celular(Samsung Galaxi S3)
- Automóvil(Camioneta Mazda)
- Taladro eléctrico DeWalt
- Esmeril Vikingo
- Esmeriladora Angular DeWalt
- Motor eléctrico bipolar - 120v
- Software(Matlab)
Nota: Se usó el celular ya que es un dispositivo
que tiene grabadora que es fácil de usar y que la
mayoría posee.
4.1 Identificación de la Velocidad de
Giro de tres Máquinas Rotativas
Para la realización de este punto se tomó tres
herramientas eléctricas, que son: un taladro, un
esmeril, una amoladora.
Velocidad de Giro de Taladro marca
DeWalt Percutor de 1/2 “(13 mm)”
Para el estudio de la velocidad de giro del taladro
se obtuvo las características técnicas como la
velocidad en vacío dada en rpm y la frecuencia en
Hz, lo cual esto de mucha importancia para la
determinación de la misma en el espectro de
vibraciones.
Figura 5 Taladro DeWalt. Fuente Autor
Tabla 1: Datos Técnicos del Taladro DeWalt
Velocidad (vacío) 2600rpm
Frecuencia de corriente 50Hz
60Hz
Para el cálculo de la velocidad de giro se debe
ocupar los 60Hz ya que esta es la frecuencia de la
corriente en América.
Ecuación de Velocidad de Giro:
A continuacion se muestra el espectro obtenido
mediante la grabacion del sonido que ejerce el
taladro al girar en vacio, es decir sin colocar
elementos en su mandril.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0
1
2
x 10
-4
X: 42.92
Y: 0.000222
Amplitud
Frecuencia
TALADRO
Figura 6 Velocidad de Giro del Taladro. Fuente Autor
Para la toma de la velocidad de giro en el espectro
de vibraciones se toma el armónico de mayor
magnitud en este caso como se muestra en la
Figura 5 es de 42.92 Hz y mediante nuestros
cálculos nos da 43.33Hz, lo cual se puede decir
que es un valor aceptable y el espectro es bueno
para el análisis de vibraciones.
=43,33 Hz

5. Reyes Guerrero Nilo J. / Práctica de Vibraciones
5
Velocidad de Giro de Esmeril marca
Vikingo modelo VK-300
El proceso de obtención de la velocidad de giro de
esta herramienta se demostrara a continuación,
pero para eso se indicaran sus características
técnicas:
Tabla 2: Datos Técnicos del Esmeril Vikingo
Velocidad (vacío) 3550rpm
Frecuencia de corriente 60Hz
Figura 7 Esmeril Vikingo. Fuente Autor
Calculo:
A continuacion se muestra el espectro de vibracio-
nes:
0 10 20 30 40 50 60
0
1
2
3
4
5
6
x 10
-4
X: 59.02
Y: 0.0004882
Amplitud
Frecuencia
ESMERIL
Figura 8 Velocidad de Giro del Esmeril. Fuente Autor
Como se puede observar en la Figura 8, la
velocidad de giro se da en el armónico de mayor
magnitud que es el de 59.02 Hz. Y la velocidad
calculada en base a la ecuación de giro nos da
59.16 lo que esto quiere decir que es correcto
aunque existan decimas de diferencia esto se debe
a la grabadora del celular ya que no es tan
eficiente como los instrumentos propios de
grabación de sonidos de vibraciones.
Velocidad de Giro de Esmeriladora
Angular pequeña marca DeWalt
Para determinar la velocidad de giro de la
esmeriladora angular, se realiza el mismo
procedimiento ya aplicado anteriormente en el
taladro y esmeril.
Datos Técnicos
Tabla 3: Datos Técnicos de Esmeriladora Angular
Velocidad (vacío) 12 000rpm
Frecuencia de corriente 50Hz - 60Hz
Figura 9 Esmerilador Angular DeWalt. Fuente Autor
Ya calculada la velocidad de giro de la
esmeriladora angular se procede a realizar el
algoritmo en nuestro programa para proceder a
realizar el análisis de la velocidad de giro según
nuestro espectro obtenido.
=59,16 Hz

6. 6
0 50 100 150 200
0
1
2
3
4
5
6
x 10
-4
X: 206.3
Y: 0.0005711
Amplitud
Frecuencia
esmeriladora
Figura 10 Velocidad de Giro Esmeriladora A. Fuente Autor
Se debe mencionar que el espectro obtenido no es
muy claro del todo, debido a que no se grabó el
sonido de la maquina con instrumentos adecuados.
La velocidad de giro en nuestro espectro
corresponde a una frecuencia de 206.3 Hz que
corresponde al armónico más grande.
4.2 Funcionamiento Normal y con
Fallo Provocado por Desbalanceo
Para el desarrollo de este punto se procede a
estudiar el espectro de funcionamiento normal de
un motor eléctrico con una polea en su eje, el cual
después de haber obtenido el espectro se procede a
cortar una porción de la sección de la polea, dando
así origen a un fallo por desbalanceo.
Figura 11 Motor Eléctrico "24500rpm". Fuente Autor
Funcionamiento Normal del Motor Eléctrico
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
X: 408.1
Y: 0.01084
AMPLITUD
FRECUENCIA
MOTOR FUNCIONAMIENTO NORMAL
Figura 12 Espectro del Motor en Buen Funcionamiento.
Fuente Autor
Fallo por Desbalanceo en Motor Eléctrico
Como se mencionó para el desarrollo del fallo por
desbalanceo se cortó una porción de la polea como
se muestra en la siguiente imagen:
Figura 13 Corté en la Polea del Motor Eléct. Fuente Autor

7. Reyes Guerrero Nilo J. / Práctica de Vibraciones
7
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
X: 273.5
Y: 0.09962
AMPLITUD
FRECUENCIA
MOTOR ELECTRICO CON DESBALANCEO
Figura 14 Espectro de Motor Eléctrico con Fallo por
Desbalanceo. Fuente Autor
Como se sabe gracias al análisis de vibraciones
se puede conocer los diferentes fallos que se dan
en equipos o maquinas, en las (Figuras 12,14) se
puede apreciar la diferencia que hay en el motor
cuando se encuentra en buen estado y cuando
presenta fallos. En el espectro del motor con
fallo por desbalanceo se puede apreciar tres
armónicos considerables que resaltan de los
demás lo que indica que es un fallo por
desbalance.
La presencia de desbalanceo como único
problema en un motor se identifica como el
aumento de la amplitud de los armónicos con
frecuencia igual o similar a la del giro del motor
(1*rpm) y se detecta en forma radial.
4.3 Funcionamiento Normal y con
Fallo de un Motor de Combustión
Interna
Para el desarrollo del funcionamiento de un
Motor de Combustión Interna se proceda a
gravar el sonido del motor después de haber
encendido el mismo y para lograr simular el
fallo se desconectó una bujía lo cual da origen a
una fallo por desbalance que se da en el cigüeñal.
FUNCIONAMIENTO NORMAL DE MOTOR
DE COMBUSTION INTERNA
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
X: 365.2
Y: 0.02383
AMPLITUD
FRECUENCIA
FUNCIONAMIENTO NORMAL
Figura 15 Funcionamiento normal Motor de combustión
interna. Fuente Autor
Como se ve en la Figura 15 el motor de combustión
interna se encuentra en buen funcionamiento y
donde el primer armónico indica la velocidad de
giro del motor que corresponde a 365.2 Hz.
FALLO POR DESBALANCEO DE MOTOR
DE COMBUSTION INTERNA
0 500 1000 1500
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
x 10
-3
X: 704.6
Y: 0.00888
AMPLITUD
FRECUENCIA
FALLO EN MOTOR C.I.
Figura 16 Fallo por Desbalance de Motor de Combustión
Interna. Fuente Autor

8. 8
En la figura 16 se muestra el espectro del
motor de combustión interna que se produje
fruto de desconectar una bujía, el cual
haciendo una comparación con el espectro de
buen funcionamiento se puede ver que hay
una variación en la amplitud de los armónicos,
como también la velocidad de giro en el
espectro con el fallo es de 704.6 Hz y en el
espectro con funcionamiento normal la
velocidad de giro es de 365.2.
Otra gran diferencia son las bandas laterales
en la Figura 15 la gran mayoría no pasa de
0.0025 de amplitud, en cambio en la figura 16
los armónicos de las bandas laterales son muy
irregulares y la mayoría sobrepasa los
0.0025 Hz.
5. Conclusiones
Se puede concluir mencionando que el método
de análisis de vibraciones es muy importante
al momento de realizar mantenimiento a
motores asíncronos como también de
combustión interna, este método por medio del
análisis de los espectros se puede detectar
fallos en lugares de poca accesibilidad y
también fallos no muy notorios.
Este método de análisis es un gran
complemento al mantenimiento predictivo
para la prevención de fallos, lo que en pocas
palabras se puede garantizar una mayor
productividad y mejor calidad del producto
como también una mejor mantenibilidad y
fiabilidad de la maquinaria.
6. Referencias
[1] Yunes A. Cengel, Michael A. Boles
“Termodinamica,”7ma ed.,Ed. McGraw-Hill,
México, pp. 490–494.
[2] , [3], [4], [5] Jorge Enrique Mejia Morales,
F. Alfredo Mosco Lira “Análisis de
Motores Eléctricos Asíncronos Trifásicos”,
pp. 35-36. Guatemala Octubre del 2009

9. Reyes Guerrero Nilo J. / Práctica de Vibraciones
9
ANEXOS
PROGRAMACION MATLAB DEL TALADRO
PROGRAMACION MATLAB DEL ESMERIL
% Algoritmo de velocidad de giro de Taladro DeWalt
% El nombre talacro10 es la garvacion del sonido del Taladro en vacio
fich1 = 'taladro10';
[y1,fs1,bits1] = wavread(fich1);
N1=length(y1);
t1 = 0:1/fs1:(length(y1)-1)/fs1;
%vector de la MITAD del espectro
fsemi1=linspace(0,1,N1/2+1)*fs1/2;
% Transformada de Fourier:
Y1 = fft(y1)/N1;
%Se toma solamente la una señal
Z1= abs(Y1(:,1));
%se xtraela mitad el espectro y se multiplica por dos
Ysemi1=Z1 (1:N1/2+1)*2;
%la primera componente no hay que multiplicarla
Ysemi1(1)=Y1(1);
figure
% Grafica del espectro del Taladro
plot(fsemi1,abs(Ysemi1),'k'),ylabel('Amplitud'),xlabel('Frecuencia'),title('TALADRO')
,xlim([0 45])
% VELOCIDAD DE GIRO DEL ESMERIL
% EL NOMBRE ESMERIL7 CORRESPONDE A LA GRABACION DEL ESMERIL EN VACIO
fich1 = 'esmeril7';
[y1,fs1,bits1] = wavread(fich1);
N1=length(y1);
t1 = 0:1/fs1:(length(y1)-1)/fs1;
%vector de la MITAD del espectro
fsemi1=linspace(0,1,N1/2+1)*fs1/2;
% Transformada de Fourier:
Y1 = fft(y1)/N1;
%Se toma solamente la una señal
Z1= abs(Y1(:,1));
%se xtraela mitad el espectro y se multiplica por dos
Ysemi1=Z1 (1:N1/2+1)*2;
%la primera componente no hay que multiplicarla
Ysemi1(1)=Y1(1);
% Grafica del espectro del ESMERIL
figure
plot(fsemi1,abs(Ysemi1),'k'),ylabel('Amplitud'),xlabel('Frecuencia'),title('ESMERIL')
,xlim([0 65])

10. 10
PROGRAMACION MATLAB ESMERILADORA ANGULAR
PROGRAMACION MATLAB FUNCIONAMIENTO NORMAL MOTOR ELECTRICO
PROGRAMACION MATLAB FUNCIONAMIENTO NORMAL MOTOR ELECTRICO
%VELOCIDAD DE GIRO DE ESMERILADORA ANGULAR
fich1 = 'amoladora12';
[y1,fs1,bits1] = wavread(fich1);
N1=length(y1);
t1 = 0:1/fs1:(length(y1)-1)/fs1;
fsemi1=linspace(0,1,N1/2+1)*fs1/2; %vector de la MITAD del espectro
% Transformada de Fourier:
Y1 = fft(y1)/N1;
Z1= abs(Y1(:,1)); %Se toma solamente la una señal
Ysemi1=Z1 (1:N1/2+1)*2;%se xtraela mitad el espectro y se multiplica por dos
Ysemi1(1)=Y1(1); %la primera componente no hay que multiplicarla
figure
plot(fsemi1,abs(Ysemi1),'b'),ylabel('Amplitud'),xlabel('Frecuencia'),title('esmerilad
ora'),xlim([0 225])
% FUNCIONAMIENTO NORMAL DE MOTOR ELECTRICO
fich1 = 'motor2';
[y1,fs1,bits1] = wavread(fich1);
N1=length(y1);
t1 = 0:1/fs1:(length(y1)-1)/fs1;
fsemi1=linspace(0,1,N1/2+1)*fs1/2; %vector de la MITAD del espectro
% Transformada de Fourier:
Y1 = fft(y1)/N1;
Z1= abs(Y1(:,1)); %Se toma solamente la una señal
Ysemi1=Z1 (1:N1/2+1)*2;%se xtraela mitad el espectro y se multiplica por dos
Ysemi1(1)=Y1(1); %la primera componente no hay que multiplicarla
figure
plot(fsemi1,abs(Ysemi1),'b'),ylabel('AMPLITUD'),xlabel('FRECUENCIA'),title('MOTOR
FUNCIONAMIENTO NORMAL'),xlim([0 1000])
% DESBALANCEO DE MOTOR ELECTRICO
fich1 = 'motor5';
[y1,fs1,bits1] = wavread(fich1);
N1=length(y1);
t1 = 0:1/fs1:(length(y1)-1)/fs1;
fsemi1=linspace(0,1,N1/2+1)*fs1/2; %vector de la MITAD del espectro
% Transformada de Fourier:
Y1 = fft(y1)/N1;
%Se toma solamente la una señal
Z1= abs(Y1(:,1));
%se xtraela mitad el espectro y se multiplica por dos
Ysemi1=Z1 (1:N1/2+1)*2;
%la primera componente no hay que multiplicarla
Ysemi1(1)=Y1(1);
%GRAFICO DE EXPECTRO DE FALLO POR DESBALANCEO
figure
plot(fsemi1,abs(Ysemi1),'r'),ylabel('AMPLITUD'),xlabel('FRECUENCIA'),title('MOTOR
ELECTRICO CON DESBALANCEO'),xlim([0 1000])

11. Reyes Guerrero Nilo J. / Práctica de Vibraciones
11
PROGRAMACION MATLAB MOTOR DE COMBUSTION INTERNA BUEN
FUNCIONAMIENTO
PROGRAMACION MATLAB FALLO PROVOCADO EN MOTOR DE COMBUSTION
INTERNA
NNN
% Analisis de Motor de Combustion Interna_(buen_funcionamiento)
% EL nombre 3Motor02 es el audio del Motor de C.I en buen funcionamiento
fich1 = '3Motor02';
[y1,fs1,bits1] = wavread(fich1);
N1=length(y1);
t1 = 0:1/fs1:(length(y1)-1)/fs1;
fsemi1=linspace(0,1,N1/2+1)*fs1/2; %vector de la MITAD del espectro
% Transformada de Fourier:
Y1 = fft(y1)/N1;
Z1= abs(Y1(:,1)); %Se toma solamente la una señal
Ysemi1=Z1 (1:N1/2+1)*2;%se xtraela mitad el espectro y se multiplica por dos
Ysemi1(1)=Y1(1); %la primera componente no hay que multiplicarla
figure
plot(fsemi1,abs(Ysemi1),'b'),ylabel('AMPLITUD'),xlabel('FRECUENCIA'),title('FUNCIONAM
IENTO NORMAL'),xlim([0 1000])
%FALLO EN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA
% EL nombre del audio con fallo es Sinbuji05
fich1 = '3Sinbuji05';
[y1,fs1,bits1] = wavread(fich1);
N1=length(y1);
t1 = 0:1/fs1:(length(y1)-1)/fs1;
%vector de la MITAD del espectro
fsemi1=linspace(0,1,N1/2+1)*fs1/2;
% Transformada de Fourier:
Y1 = fft(y1)/N1;
%Se toma solamente la una señal
Z1= abs(Y1(:,1));
Ysemi1=Z1 (1:N1/2+1)*2;%se xtraela mitad el espectro y se multiplica por dos
Ysemi1(1)=Y1(1); %la primera componente no hay que multiplicarla
figure
plot(fsemi1,abs(Ysemi1),'b'),ylabel('AMPLITUD'),xlabel('FRECUENCIA'),title('FALLO EN
MOTOR C.I.'),xlim([0 1500])