Sensor de vibración inalámbrico en motor eléctrico: dónde montarlo y qué medir

Un sensor de vibración mal ubicado mide la vibración de la chapa donde fue pegado, no la del motor. Y un sensor bien ubicado pero mal montado pierde justamente las frecuencias altas, donde el rodamiento avisa primero. Este artículo explica dónde debe ir el sensor en un motor eléctrico, cómo montarlo, qué rango de frecuencia importa y qué aparece en el espectro de un motor cuando algo empieza a fallar.

Está pensado para quien va a instalar sensores inalámbricos en la planta y quiere que el dato sirva para algo.

Dónde montarlo: en el cojinete, lo más cerca posible del rodamiento

La vibración que interesa nace en el rodamiento y llega a la carcasa por el camino más rígido. La ISO 20816-3 indica medir en el alojamiento del cojinete o en la parte de la carcasa que responde directamente a las fuerzas que este transmite. En un motor, son las dos tapas: el lado acople (LA, o DE, drive end) y el lado opuesto al acople (LOA, o NDE).

Qué evitar:

• Tapa del ventilador y cubiertas de chapa delgada: vibran por su cuenta y amplifican lo que no interesa.
• Aletas de refrigeración: son flexibles y quedan lejos del cojinete.
• Base o pata del motor: miden la fundación, no el cojinete.

Si la tapa tiene un resalte maquinado cerca del eje, ese es el lugar.

Direcciones: radial y axial

La norma pide dos mediciones radiales perpendiculares por cojinete, en general vertical y horizontal, y la axial cuando hay cojinete de empuje o sospecha de desalineación. Un sensor triaxial montado en el cojinete resuelve las tres direcciones a la vez, siempre que uno de los ejes del sensor esté alineado con el eje del motor. Anote la orientación: un espectro sin dirección conocida no se puede interpretar.

Reglas prácticas para quien está empezando:

• La horizontal suele ser la dirección de mayor amplitud en un motor horizontal, porque la base es menos rígida en ese sentido.
• Una vibración axial alta en relación con la radial apunta a desalineación angular o a un problema en el cojinete de empuje.

Montaje: espárrago, adhesivo o imán

El tipo de montaje define hasta qué frecuencia ve el sensor. La ISO 5348 enumera los métodos y sus limitaciones, y los números de campo son conocidos:

• Espárrago roscado (stud): la mejor respuesta, llega al límite del propio sensor (20 kHz o más). Exige un agujero roscado, una superficie plana y el torque correcto: poco torque reduce la frecuencia máxima.
• Adhesivo estructural (epoxi) o base pegada con agujero roscado: respuesta apenas inferior a la del espárrago, sin necesidad de perforar la carcasa. Es el montaje que usamos en instalaciones permanentes sin detener la máquina.
• Imán: el más práctico, y el más engañoso. Sin preparación de la superficie, un sensor que responde hasta 20 kHz con espárrago cae a 3 a 4 kHz con imán. Con una superficie maquinada, limpia y una película de grasa de silicona entre el imán y la carcasa, los ensayos de campo llegaron cerca de 10 kHz. La pintura gruesa, el óxido y las superficies curvas empeoran el resultado.
• Punta de prueba manual: confiable solo hasta cerca de 1 kHz.

Para un sensor que va a quedar años en la máquina, espárrago o epoxi. El imán sirve para una medición de comparación, no para monitoreo continuo.

Rango de frecuencia y frecuencia de muestreo

En un motor importan dos rangos:

• 10 Hz a 1.000 Hz, la banda de la ISO 20816-3, donde viven el desbalance, la desalineación, la holgura y los problemas eléctricos. Es en ella donde se calcula el RMS de velocidad que se compara con las zonas de la norma.
• Por encima de 1 kHz, donde el rodamiento en inicio de falla excita sus propias frecuencias naturales (típicamente entre 500 Hz y 1,5 kHz) y donde trabajan las técnicas de envolvente.

La frecuencia de muestreo debe ser al menos el doble de la mayor frecuencia de interés (Nyquist); en la práctica, los analizadores usan 2,56 veces para acomodar el filtro antialiasing. Para cubrir la banda de la norma bastan 2,56 kHz de muestreo; para ver un rodamiento en etapa inicial, hay que muestrear por encima de 10 kHz. Confirme el rango útil del sensor en la ficha técnica y en la propuesta: el número que importa es la frecuencia máxima con el montaje elegido, no la del catálogo medida en banco.

Un sensor inalámbrico de instalación permanente suele trabajar en dos capas: envía periódicamente los valores globales (RMS por eje, pico, temperatura, frecuencia dominante), que alimentan la tendencia y las alertas, y entrega el espectro FFT completo bajo demanda, cuando el ingeniero quiere ver el detalle. Así funciona nuestra plataforma.

Qué aparece en el espectro de un motor

En una red de 60 Hz, un motor de 4 polos gira cerca de 1.750 rpm (29 Hz) y uno de 2 polos cerca de 3.500 rpm (58 Hz). Con la velocidad de giro en mano, el espectro se lee así:

• 1x velocidad de giro, radial: desbalance. La fuerza crece con el cuadrado de la velocidad.
• 2x velocidad de giro, radial y axial: desalineación bajo carga. Una axial alta lo refuerza.
• Múltiplos enteros de 1x (3x, 4x...): holgura mecánica, pata coja, base suelta.
• 120 Hz (el doble de la frecuencia de red; 100 Hz en una red de 50 Hz), sin relación exacta con la velocidad de giro: origen eléctrico: excentricidad del entrehierro, estator con problemas, desbalance de fases. La prueba clásica: se desconecta el motor y el pico desaparece al instante, mientras que los picos mecánicos caen lentamente con la velocidad.
• Múltiplos no enteros de 1x (5,14x, 3,78x...): rodamiento. Las frecuencias de falla de rodamiento nunca son múltiplos exactos de la velocidad de giro, y eso es lo que las delata.
• Bandas laterales alrededor de 1x o de las frecuencias de rodamiento: modulación, señal de que un defecto entra y sale de la zona de carga en cada vuelta.

Temperatura en el mismo punto

El sensor que mide vibración en el cojinete suele medir también la temperatura de la carcasa en ese punto. No es la temperatura del rodamiento, pero la acompaña. La fricción, la falta de lubricación y la sobrecarga aparecen como un aumento de temperatura antes o junto con el aumento de vibración; la lectura combinada evita conclusiones apresuradas.

Qué hacer ahora

1. Para cada motor crítico, defina los puntos: tapa LA y tapa LOA, sobre metal macizo.
2. Elija espárrago o epoxi. Deje el imán para diagnósticos puntuales.
3. Anote la velocidad nominal, el número de polos y, si es posible, el modelo del rodamiento. Sin eso, el espectro es adivinanza.
4. Registre la orientación de los ejes del sensor.
5. Haga la primera lectura con la máquina en buen estado y guárdela como línea base.

Si quiere saber qué necesita su planta, hable con uno de nuestros ingenieros.

---

Fuentes: ISO 20816-3:2022 (apartados 4.2 y 5); ISO 5348:2021, Mechanical vibration and shock — Mechanical mounting of accelerometers; PCB Piezotronics, white paper WPL-46, Magnet Mounting Techniques for Machinery Vibration Monitoring (Praxair); Ludeca, 4 Stages of Bearing Failures (2021).