¿Cómo afecta la resonancia vibratoria al rendimiento de los equipos industriales?

La resonancia vibratoria es la amplificación selectiva en frecuencia que se produce cuando una fuerza repetitiva excita uno de los modos naturales de la máquina montada. En los equipos industriales, la respuesta puede reducir la estabilidad de posicionamiento, aflojar uniones, sobrecargar guías y rodamientos, alterar el movimiento neumático, aumentar el ruido y acelerar la fatiga. La frecuencia de excitación, la forma modal, el amortiguamiento y el estado de funcionamiento determinan la gravedad real.

La resonancia no se diagnostica únicamente por una vibración visible. El equipo de mantenimiento necesita una firma vibratoria repetible vinculada a la velocidad de la máquina, la temporización del ciclo, la ubicación, la dirección y la condición de funcionamiento. Un solo valor global de vibración no permite saber si la fuente es una resonancia, un desequilibrio, un impacto, una holgura, una fluctuación de presión o un problema de control.

Conclusiones principales

• ISO 13373 separa el trabajo sobre vibraciones entre las prácticas de medición y el análisis de datos.
• Siemens muestra que 600 RPM equivalen a una excitación de primer orden de 10 Hz.
• Confirme la resonancia siguiendo un pico de respuesta estrecho mientras la velocidad de funcionamiento lo atraviesa.
• Corrija la excitación, la masa, la rigidez, el amortiguamiento o la vía de transmisión y repita después el mismo ensayo.

Para la tarea independiente de calcular la frecuencia natural de un actuador neumático a partir de la presión y el volumen de la cámara, el área y la masa móvil, consulte la guía de cálculo de la frecuencia natural neumática. Este artículo se centra en las consecuencias a escala de máquina y en el diagnóstico de campo.

La resonancia vibratoria y su efecto en el rendimiento

En un modelo de un grado de libertad con poco amortiguamiento, la respuesta en resonancia es aproximadamente $Q \approx 1/(2\zeta)$, por lo que una razón de amortiguamiento de 0.05 produce una amplificación máxima cercana a 10. NASA utiliza esta relación para mostrar por qué el amortiguamiento limita una respuesta resonante que, de otro modo, sería muy pronunciada (guía de NASA sobre ensayos de vibración, 2017).

Aquí, $Q$ es la amplificación resonante aproximada y $\zeta$ es la razón de amortiguamiento adimensional. Esta relación sencilla explica el mecanismo, pero no predice el nivel de vibración de una máquina de producción montada sin medir la excitación, la forma modal y las condiciones de contorno.

La resonancia eleva las cargas alternantes, no se limita a producir un sonido molesto. Un soporte puede flexionarse más a una frecuencia determinada, un carro puede oscilar sobre sus guías o el soporte de un sensor puede moverse lo suficiente como para alterar una señal de posición. La misma aceleración medida también puede representar tensiones distintas según la ubicación, porque cada modo tiene su propio patrón de deformación.

El rendimiento del equipo puede cambiar de varias maneras:

• la repetibilidad de posición se deteriora a una velocidad o frecuencia de ciclo concreta;
• los elementos de fijación, racores, resguardos o conectores eléctricos se aflojan repetidamente;
• los patines de guía, rodamientos, juntas o acoplamientos sufren desgaste localizado;
• una cámara, un instrumento o un sensor de proximidad devuelve datos inestables;
• el impacto al final de carrera se vuelve más brusco porque la estructura ya está en movimiento;
• la calidad del producto cambia únicamente dentro de una banda estrecha de velocidades de funcionamiento.

Las curvas derivadas del modelo que aparecen a continuación utilizan la relación estándar de respuesta forzada presentada en el material del curso de vibraciones del MIT. Muestran por qué no existe una «razón de amortiguamiento óptima» universal para todas las máquinas (MIT OpenCourseWare, 2007).

¿Qué síntomas indican resonancia en lugar de vibración general?

ISO 20816-1 evalúa la vibración de las máquinas mediante dos indicadores generales: la magnitud de la vibración y su variación. La hipótesis de resonancia cobra fuerza cuando la amplitud aumenta bruscamente dentro de una banda estrecha de velocidad o de ciclo y vuelve a disminuir una vez que el punto de funcionamiento la atraviesa (ISO 20816-1, 2016).

Una lectura global elevada a cualquier velocidad puede indicar una avería persistente o una ubicación de medición inadecuada. La resonancia suele presentar un patrón selectivo en frecuencia. La estructura responde con mucha más intensidad cuando una excitación atraviesa uno de sus modos, aunque un contacto no lineal, una carga variable o el comportamiento del control pueden ensanchar o desplazar el pico.

Busque evidencias repetibles:

• el síntoma comienza y termina a valores similares de RPM, frecuencia de ciclo o temporización de válvulas;
• una dirección o una ubicación de medición aumenta mucho más que las demás;
• la vibración aumenta durante la aceleración y disminuye después de que la máquina atraviesa la banda crítica;
• un cambio de carga útil, rigidez de montaje, presión de aire o posición del actuador desplaza el pico;
• un componente de frecuencia estrecho domina mientras el problema está presente;
• los errores de calidad o posicionamiento siguen la misma banda de funcionamiento.

La vibración visible por sí sola no basta. Un panel de protección puede parecer que vibra de forma espectacular por ser ligero y flexible mientras el bastidor portante sigue siendo aceptable. A la inversa, un desplazamiento pequeño en una unión rígida puede generar una fuerza alternante elevada. Registre la magnitud medida y la ubicación, en lugar de clasificar la gravedad por la vista o el oído.

Distinga el comportamiento autoexcitado de la máquina de las cargas ambientales. La guía para seleccionar cilindros en entornos de choque y vibración de alta aceleración aborda las condiciones de cualificación impuestas externamente, mientras que la guía sobre vibraciones en estampación de alta velocidad trata la exposición repetida a ciclos de prensa.

La resonancia, el desequilibrio, la desalineación, la holgura y el impacto son averías distintas

NI distingue cuatro patrones de señal útiles: comportamiento de banda estrecha y larga duración, transitorios cortos de banda ancha, resonancia amortiguada y señales dependientes de la velocidad, como el desequilibrio. Por tanto, un mismo valor global de vibración puede ocultar mecanismos diferentes; por eso deben revisarse conjuntamente la forma de onda temporal, el espectro, las RPM y la temporización del proceso (NI, 2026).

Observación	Más compatible con	Siguiente comprobación
pico de amplitud estrecho atravesado durante un barrido de velocidad	resonancia	seguir la frecuencia, la amplitud y la fase durante la aceleración o desaceleración
un componente intenso sigue la velocidad 1× del eje	desequilibrio o excitación sincrónica con la velocidad	comparar las direcciones radiales y las evidencias de equilibrado
componente 2× intenso con movimiento axial	posible desalineación	inspeccionar el acoplamiento, el pie cojo, la alineación y la fase
múltiples armónicos con forma de onda inestable	holgura, juego o rozamiento	inspeccionar uniones, ajustes, base y marcas de contacto
picos breves de banda ancha en instantes repetibles	impacto o colisión	alinear la forma de onda temporal con el suceso de la válvula, el producto o el tope final
la oscilación cambia principalmente con la ganancia del controlador	inestabilidad del lazo de control	revisar la realimentación, la banda muerta, el muestreo, el comportamiento de la válvula y el ajuste

Estos son patrones orientativos, no diagnósticos automáticos. Una estructura suelta puede generar una resonancia y el desequilibrio puede aportar la fuerza que la excita. Puede existir más de una avería.

La distinción útil es fuente frente a respuesta. El desequilibrio, la conmutación de válvulas, los impactos repetidos y las órdenes de movimiento son posibles fuentes. La resonancia es la respuesta selectiva en frecuencia del sistema montado. Reequilibrar la fuente y modificar el amortiguamiento estructural resuelven partes distintas de esa cadena.

Si la presión del actuador aumenta y disminuye junto con el síntoma, compare también las evidencias con la guía sobre fluctuaciones de presión neumática. Una oscilación de presión puede ser una fuente de excitación sin demostrar que la estructura de la máquina esté en resonancia.

¿Qué mediciones confirman una hipótesis de resonancia?

ISO 13373-1 enumera doce elementos de procedimiento para la supervisión de vibraciones, entre ellos el método y el parámetro de medición, la selección, ubicación y fijación del transductor, la recopilación de datos, la condición de funcionamiento, el acondicionamiento de señal y la supervisión continua o periódica. Esta amplitud explica por qué una lectura portátil aislada no puede establecer por sí sola un modo resonante (ISO 13373-1, 2002, confirmada en 2024).

Utilice una secuencia de campo controlada:

1. Defina el estado de avería. Registre el producto, la carga útil, la posición del actuador, la presión, la temperatura, las RPM, la frecuencia de ciclo y el modo de control.
2. Elija puntos repetibles. Mida cerca de los rodamientos, las guías, las patas de montaje, los soportes del actuador y la herramienta o sensor afectado.
3. Capture tres direcciones. Los datos axiales, horizontales y verticales ayudan a revelar el movimiento activo.
4. Sincronice una referencia. Registre junto con la vibración el tacómetro del eje, el codificador, la orden del PLC, la señal de la válvula o la posición del cilindro.
5. Guarde datos temporales y de frecuencia. Un espectro muestra el contenido frecuencial; la forma de onda temporal muestra impactos, saturación, modulación y temporización.
6. Cambie una variable de forma segura. Haga un barrido de velocidad, cambie la carga útil, ajuste la presión o rigidice un soporte temporal bajo un plan de ensayo aprobado.
7. Repita la referencia. Una corrección propuesta solo es creíble cuando mejora el mismo estado de funcionamiento.

La fase ayuda a distinguir patrones de movimiento. Fluke señala que la fase de vibración suele comprobarse a una frecuencia concreta, como la frecuencia de giro, una resonancia del sistema o una frecuencia de excitación externa (Fluke, 2026).

No realice una prueba de impacto, un barrido de velocidad, una rigidización temporal ni una excitación intencionada sin una evaluación de riesgos aprobada. Los ensayos de resonancia pueden aumentar deliberadamente la respuesta cerca de un modo crítico.

¿Cómo generan excitación la velocidad de funcionamiento y el ciclo de la máquina?

Siemens demuestra que 600 RPM corresponden a 10 Hz y 6000 RPM a 100 Hz para un suceso rotativo de primer orden. El análisis de órdenes relaciona la vibración medida con la velocidad del eje, el paso de palas, el engrane, los sucesos del pistón u otros sucesos por revolución, en lugar de considerar estacionario cada pico espectral (Siemens, 2026).

La relación es:

$f$ es la frecuencia de excitación en hercios, $o$ es el orden o número de sucesos por revolución y $N$ es la velocidad de giro en revoluciones por minuto. En un ventilador de 6 palas a 6000 RPM, la frecuencia del eje es de 100 Hz y el componente de paso de palas es de 600 Hz, es decir, de sexto orden.

En maquinaria neumática no rotativa, sustituya las RPM por la frecuencia de sucesos correspondiente. Un cilindro que realiza dos ciclos por segundo crea una frecuencia fundamental de sucesos de 2 Hz, pero su perfil de aceleración, la conmutación de válvulas, los impactos y el contacto con el producto pueden contener armónicos superiores. La respuesta estructural más intensa puede aparecer en uno de esos armónicos y no en la frecuencia básica del ciclo.

Defina la razón de frecuencias como:

$f_{\mathrm{exc}}$ es la frecuencia de excitación y $f_n$ es una frecuencia natural del sistema instalado. Un valor cercano a uno identifica un posible cruce, pero no demuestra una resonancia perjudicial. El amortiguamiento, la amplitud de la fuerza, la forma modal, la posición de medición y el contacto no lineal siguen controlando la respuesta.

Los actuadores neumáticos pueden excitar o desplazar un modo de la máquina

Un modelo publicado de cilindro neumático trata las dos cámaras cerradas como dos resortes neumáticos que actúan sobre una masa móvil. Esa condición de contorno cambia cuando una válvula conecta una cámara con la alimentación o el escape; por tanto, la presión, la posición del pistón, el volumen muerto, el estado de la válvula y los tubos pueden desplazar la contribución dinámica del actuador (Doll, Neumann y Sawodny, 2015).

La imagen es una abstracción para una evaluación preliminar. Un actuador y una máquina reales pueden tener varias masas, montajes flexibles, guías, uniones, modos del bastidor, fricción, dinámica del controlador y rigidez dependiente de la presión.

Un eje neumático puede intervenir en la vibración por medio de:

• la aceleración y desaceleración periódicas de la carga útil;
• la conmutación de válvulas y los cambios rápidos de presión en las cámaras;
• el impacto en la pieza o al final de carrera;
• la masa del carro o del utillaje, que modifica el modo estructural;
• la rigidez del aire atrapado, que cambia con la posición del pistón;
• la flexibilidad del montaje, el desplazamiento de la carga o una guía insuficiente;
• los tubos largos y el retardo del control, que cambian la temporización de la excitación.

¿Qué debería cambiar durante un ensayo controlado? Si el pico de vibración se desplaza al cambiar la presión de la cámara o la posición del pistón, puede intervenir la rigidez neumática. Si un cambio de carga útil desplaza el pico, la masa efectiva es importante. Si el pico permanece fijo pero su amplitud cambia con la temporización del ciclo, el actuador puede estar excitando un modo estructural sin definir su frecuencia natural.

Según nuestra experiencia, el ensayo A/B más claro cambia una sola variable física cada vez. Cambiar simultáneamente la carga útil, la presión, la velocidad y el montaje puede reducir el síntoma, pero oculta qué mecanismo desplazó realmente la respuesta.

No utilice la amortiguación como solución universal para la resonancia. La amortiguación gestiona la energía al final de carrera, mientras que un modo de la máquina puede excitarse en cualquier punto del movimiento. Cuando el suceso dominante sea un impacto, compare los síntomas con la guía sobre amortiguación de cilindros neumáticos y la guía de masa de carga frente a capacidad de amortiguación.

¿Qué corrección debe aplicar primero?

La norma estructural de NASA identifica cuatro parámetros modales antes del análisis de respuesta: frecuencias naturales, formas modales, masa modal y amortiguamiento modal. Este marco evita un error frecuente de mantenimiento: añadir un amortiguador o una masa antes de identificar qué modo está activo y dónde se mueve realmente la estructura (NASA KSC-STD-Z-0004, 2021).

Elija una corrección que responda a las evidencias:

Intervención	Qué modifica	Evidencia adecuada	Precaución principal
cambiar la velocidad o el perfil del ciclo	frecuencia de excitación y contenido armónico	se atraviesa una banda problemática estrecha durante el funcionamiento	puede desplazar la excitación a otro modo
equilibrar, alinear o eliminar el impacto	amplitud de excitación	orden específico de la fuente o transitorio temporizado	la resonancia puede permanecer, aunque reciba menos energía
rigidizar un soporte o acortar la luz	frecuencia natural y forma modal	movimiento medido concentrado en un apoyo flexible	la rigidez añadida puede transferir la carga a otra zona
cambiar la carga útil o la masa móvil	frecuencia natural e inercia	el pico se desplaza cuando cambia la carga	afecta a la fuerza del actuador, las guías, el frenado y la estructura
añadir amortiguamiento	amplitud del pico resonante	se conocen el modo activo y el punto de fijación	el rendimiento del amortiguador puede variar con la temperatura y la frecuencia
añadir aislamiento	vía de transmisión	se han identificado la fuente y el receptor	el aislamiento puede amplificar el movimiento por debajo de su intervalo eficaz
revisar el montaje o el guiado	rigidez, alineación y trayectoria de carga	se ha medido oscilación, carga descentrada o movimiento del montaje	debe conservar la integridad estructural y del límite de presión

La corrección más segura suele eliminar la excitación antes de modificar la estructura. Si el desequilibrio o un impacto repetido es la fuente de excitación, reparar esa fuente reduce la entrada de energía en varios modos. Los cambios estructurales son apropiados cuando la fuente es necesaria y se ha identificado el modo activo.

En instalaciones neumáticas, verifique la planitud del montaje, el estado de los elementos de fijación, la alineación de las guías y el desplazamiento de la carga antes de cambiar los componentes del cilindro. La guía de montaje de cilindros sin vástago y la guía de alineación de actuadores cubren estas comprobaciones estáticas.

La validación requiere el mismo estado de funcionamiento

ISO 13373-2 organiza el análisis habitual de vibraciones en torno a dos dominios básicos, tiempo y frecuencia, y también contempla su perfeccionamiento mediante cambios en las condiciones de funcionamiento. Por tanto, una comparación válida antes y después requiere los mismos puntos y fijación de los sensores, unidades, carga, perfil de velocidad, presión, temperatura y estado de control (ISO 13373-2, 2016).

Un valor RMS global inferior no basta si ha aumentado el pico crítico de banda estrecha. Revise, como mínimo:

• el valor global en la misma banda de frecuencia;
• el espectro y los componentes de orden;
• la forma de onda temporal para detectar impactos y saturación;
• la fase a la frecuencia de interés;
• la ubicación del pico durante la aceleración o desaceleración;
• la calidad del producto, el error de posición, el tiempo de ciclo y la presión del actuador;
• el estado de elementos de fijación, guías, juntas y rodamientos, así como la temperatura después del ensayo.

Defina la aceptación antes de modificar la máquina. Utilice las normas aplicables al equipo concreto, los límites del fabricante, la referencia histórica, los requisitos del producto y la revisión estructural. ISO 20816-1 es una guía general; no establece un único límite universal de vibración para todos los cilindros, soportes, motores o máquinas.

Observe la tendencia tanto de la magnitud como de su variación. Una máquina puede mantenerse por debajo de una alarma genérica mientras se deteriora rápidamente respecto a su propia referencia. También puede superar un umbral genérico inadecuado y funcionar con normalidad para su diseño. Documente el método de medición y sus limitaciones.

¿Qué deben incluir el registro de mantenimiento y la solicitud de oferta?

ISO 13373-1 exige definir la condición de funcionamiento, la ubicación y fijación del transductor, el parámetro de medición y el método de recopilación de datos. Esos cinco campos son el contexto mínimo necesario para comparar inspecciones o pedir a un proveedor que revise un actuador, un montaje, una guía, un amortiguador o una modificación estructural (ISO 13373-1, 2002).

Registre:

• los números de pieza del activo, el conjunto y los componentes;
• el estado de la máquina, el producto, la carga útil, la posición, la presión, la temperatura y el ciclo;
• la referencia de RPM o frecuencia de sucesos y el canal de sincronización;
• el modelo del sensor, el estado de calibración, la dirección, el punto y el método de montaje;
• la frecuencia de muestreo, la duración, el intervalo de frecuencias, la ventana, el promediado y las unidades;
• los archivos de valor global, espectro, orden, forma de onda, fase y aceleración o desaceleración;
• fotografías o planos que muestren la ubicación de los sensores y las cargas;
• la modificación realizada, la aprobación de ingeniería y los controles de riesgo del ensayo;
• los resultados antes y después en el mismo estado;
• las cuestiones pendientes y la autoridad responsable de la aceptación.

Para un proveedor de equipos neumáticos, añada el diámetro, la carrera, la masa móvil, el perfil de velocidad, los datos de válvula y tubos, el montaje, la disposición de guías, la geometría del centro de carga, la configuración de amortiguación o del amortiguador de impactos y la banda de frecuencia de interés. «El cilindro vibra» no basta para realizar una revisión fiable.

El plan de mantenimiento también debe relacionar el registro de vibraciones con las evidencias de las piezas. La guía de repuestos para mantenimiento predictivo explica cómo convertir los indicadores de estado en una decisión justificable de sustitución y existencias.

Preguntas frecuentes sobre resonancia vibratoria: ¿qué deben preguntar los compradores?

El modelo sencillo de NASA con excitación de base sitúa la transición al aislamiento de vibraciones por encima de aproximadamente 1.41 veces la frecuencia natural, pero únicamente bajo los supuestos declarados de un solo modo. Ese ejemplo resume la respuesta recurrente a estas preguntas: las razones de frecuencia son herramientas útiles para una evaluación preliminar, mientras que las decisiones sobre equipos reales requieren modos, amortiguamiento, excitación y datos de instalación medidos (NASA, 2017).

¿Todo pico elevado de vibración es una resonancia?

No. Los impactos, la holgura, el desequilibrio, la desalineación, el rozamiento, las variaciones de presión y la inestabilidad del control también pueden generar vibraciones intensas. La resonancia es más probable cuando aparece un pico de respuesta estrecho al cruzar la excitación una frecuencia repetible y cuando un cambio de masa, rigidez, presión o posición desplaza ese pico. Confirme el patrón en puntos de medición repetibles.

¿Puedo identificar la resonancia con una sola lectura de un vibrómetro portátil?

Por lo general, no. ISO 13373-1 hace hincapié en el parámetro de medición, la ubicación y fijación del sensor, la condición de funcionamiento y la recopilación de datos. Confirme el patrón con puntos repetibles, datos sincronizados de velocidad o ciclo, una forma de onda temporal, un espectro y, de ser posible, una aceleración, desaceleración o variación controlada de las condiciones de funcionamiento. Conserve los datos sin procesar y el estado exacto de la máquina para compararlos.

¿Añadir masa siempre reduce la resonancia?

No. Por lo general, una masa añadida reduce la frecuencia natural de un modo, pero puede desplazarlo a otra banda de excitación, aumentar la fuerza del actuador, sobrecargar las guías o cambiar la forma modal. Añada o retire masa únicamente después de identificar el modo activo y comprobar toda la trayectoria de carga mecánica y neumática, la capacidad de montaje, la demanda de frenado y el intervalo de velocidades de funcionamiento.

¿Puede la amortiguación del cilindro eliminar la resonancia de la máquina?

No necesariamente. La amortiguación gestiona la energía cerca del final de carrera. La resonancia puede ser excitada por la aceleración a mitad de carrera, la conmutación de válvulas, el contacto con el producto, equipos rotativos o un modo estructural. Determine si la vibración es un impacto sincronizado o una respuesta selectiva en frecuencia antes de cambiar el ajuste de amortiguación, la regulación de velocidad, el amortiguador de impactos o el perfil de movimiento.

¿Cuándo debe intervenir un especialista en vibraciones o un ingeniero estructural?

Recurra a un especialista cuando el ensayo exija una excitación deliberada, la respuesta amenace un límite de presión o una función de seguridad, se solapen varios modos, haya grietas o movimiento de elementos de fijación, se desconozcan los límites de funcionamiento o se proponga una modificación estructural. El diagnóstico de resonancia y los ensayos modales requieren personal cualificado, equipos calibrados, límites de ensayo documentados y un riesgo controlado.

Fuentes y referencias técnicas

• ISO 20816-1:2016, Medición y evaluación de la vibración de las máquinas. Consultado el 2026-07-27.
• ISO 13373-1:2002, Supervisión del estado de las vibraciones, procedimientos generales. Confirmada en 2024; consultada el 2026-07-27.
• ISO 13373-2:2016, Procesamiento, análisis y presentación de datos de vibración. Consultado el 2026-07-27.
• NASA, Ensayos de vibración de satélites pequeños, parte 1. Consultado el 2026-07-27.
• NASA KSC-STD-Z-0004, Diseño y análisis estructural. Consultado el 2026-07-27.
• MIT OpenCourseWare, respuesta a vibraciones forzadas. Consultado el 2026-07-27.
• NI, Análisis de vibraciones y procesamiento de señales. Consultado el 2026-07-27.
• NI, Ejemplo de análisis de órdenes. Actualizado en 2025; consultado el 2026-07-27.
• Siemens Simcenter, ¿Qué es un orden?. Consultado el 2026-07-27.
• Doll, Neumann y Sawodny, Dimensionamiento de cilindros neumáticos para tareas de movimiento. Consultado el 2026-07-27.
• Fluke, Fase en el análisis de vibraciones. Consultado el 2026-07-27.