EVOLUCIÓN DEL ANÁLISIS DE VIBRACIONES
EN MANTENIMIENTO PREDICTIVO, EN
RELACIÓN A LOS PATRONES DE VIBRACIÓN
EN ELEMENTOS MECÁNICOS
EVOLUTION OF VIBRATION ANALYSIS IN PREDICTIVE
MAINTENANCE, IN RELATION TO VIBRATION PATTERNS IN
MECHANICAL ELEMENTS
Hugo Eduardo Crespo Azanza
Instituto Superior Tecnológico Ismael Pérez Pazmiño, Ecuador
Cristian Paúl Arias Reyes
Instituto Superior Tecnológico Ismael Pérez Pazmiño, Ecuador
Carlos Eduardo Zhigüe Tene
Instituto Superior Tecnológico Ismael Pérez Pazmiño, Ecuador
pág. 2444
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.12488
Evolución del Análisis de Vibraciones en Mantenimiento Predictivo, en
Relación a los Patrones de Vibración en Elementos Mecánicos
Hugo Eduardo Crespo Azanza1
hugo.crespo@instipp.edu.ec
https://orcid.org/0009-0000-2404-2078
Instituto Superior Tecnológico
Ismael Pérez Pazmiño
Ecuador
Cristian Paúl Arias Reyes
cristian.arias@instipp.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-7241-4945
Instituto Superior Tecnológico
Ismael Pérez Pazmiño
Ecuador
Carlos Eduardo Zhigüe Tene
carlos.zhigue@instipp.edu.ec
Instituto Superior Tecnológico
Ismael Pérez Pazmiño
Ecuador
RESUMEN
El presente estudio es una investigación exploratoria sobre la evolución del análisis de vibraciones en
el mantenimiento industrial y su relación con la obtención de patrones de vibración en elementos
mecánicos rotativos de maquinaria industrial. Se revisa la literatura existente y se describen los
materiales y métodos que diferentes autores han utilizado en sus estudios experimentales. Los resultados
indican cómo los avances tecnológicos han logrado mejorar la identificación de patrones de vibración,
permitiendo que el mantenimiento predictivo sea más efectivo. Se discuten las conclusiones y el
impacto de estos desarrollos en la industria.
Palabras clave: análisis espectral, mems, mantenimiento predictivo, mantenimiento correctivo,
maquinaria industrial
1
Autor Principal
Correspondencia: hugo.crespo@instipp.edu.ec
pág. 2445
Evolution of Vibration Analysis in Predictive Maintenance, in Relation to
Vibration Patterns in Mechanical Elements
ABSTRACT
The present study is an exploratory research on the evolution of vibration analysis in industrial
maintenance and its relation with the obtaining of vibration patterns in rotating mechanical elements of
industrial machinery. The existing literature is reviewed and the materials and methods that different
authors have used in their experimental studies are described. The results indicate how technological
advances have improved the identification of vibration patterns, allowing predictive maintenance to be
more effective. Conclusions and the impact of these developments on the industry are discussed.
Keywords: spectral analysis, mems, predictive maintenance, corrective maintenance, industrial
machinery
Artículo recibido 10 julio 2024
Aceptado para publicación: 15 agosto 2024
pág. 2446
INTRODUCCIÓN
El mantenimiento industrial es un componente esencial para asegurar la eficiencia y longevidad de la
maquinaria utilizada en diversos sectores industriales. Entre las técnicas de mantenimiento predictivo,
el análisis de vibraciones ha emergido como una herramienta fundamental debido a su capacidad para
detectar fallos en sus etapas iniciales, permitiendo la prevención de fallos catastróficos y la
minimización de los costos operativos (1). Este método se basa en la premisa de que todas las máquinas
en operación generan vibraciones características, las cuales pueden ser monitoreadas y analizadas para
identificar desviaciones que indiquen problemas mecánicos inminentes.
Históricamente, el análisis de vibraciones comenzó con técnicas simples de monitoreo que se centraban
en mediciones de desplazamiento y velocidad. Sin embargo, con el desarrollo de la Transformada de
Fourier y otras herramientas matemáticas, el análisis espectral y de dominio temporal ha permitido una
identificación más precisa y rápida de patrones de vibraciones para la detección de fallos (2). Estos
avances han revolucionado el campo, transformándolo de una práctica basada en inspecciones
periódicas a un enfoque de monitoreo continuo y en tiempo real.
En las últimas décadas, el advenimiento de sensores avanzados, particularmente los MEMS (Micro-
Electro-Mechanical Systems), ha mejorado significativamente la capacidad de detectar vibraciones con
alta precisión y fiabilidad (3). Estos sensores, combinados con sistemas de monitoreo en línea, permiten
la recolección y análisis de datos en tiempo real, lo cual es crucial para la implementación efectiva del
mantenimiento predictivo.
La capacidad de predecir y prevenir fallos no solo reduce los costos de mantenimiento, sino que también
mejora la seguridad operativa y la productividad general. A medida que las tecnologías de análisis de
vibraciones continúan evolucionando, es fundamental entender cómo estas mejoras pueden ser
aplicadas de manera efectiva en el entorno industrial actual.
Revisión Literaria
El análisis de vibraciones se ha consolidado como una técnica esencial en el mantenimiento predictivo
de maquinaria industrial, especialmente en elementos rotativos como rodamientos, engranajes, y
motores. Su capacidad para detectar y diagnosticar fallos en etapas tempranas ha permitido a las
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industrias reducir significativamente los tiempos de inactividad y los costos asociados a mantenimientos
correctivos (4).
Historia y desarrollo del análisis de vibraciones
El análisis de vibraciones comenzó a ser utilizado en el mantenimiento industrial durante las décadas
de 1960 y 1970. Inicialmente, se empleaban métodos básicos de medición de desplazamiento y
velocidad para detectar irregularidades en el funcionamiento de la maquinaria (5). Estos métodos
primitivos evolucionaron rápidamente con la introducción de la Transformada de Fourier, que permitió
realizar análisis espectrales detallados y detectar frecuencias anómalas que indicaban posibles fallos
(6).
Introducción a la transformada de Fourier
Un avance significativo en el campo del análisis de vibraciones fue la adopción de la Transformada de
Fourier en la década de 1970. Este método matemático permitió convertir señales del dominio del
tiempo al dominio de la frecuencia, facilitando la identificación de frecuencias específicas asociadas
con defectos mecánicos. Este desarrollo permitió una comprensión más profunda de las vibraciones y
mejoró la precisión en la detección y diagnóstico de fallos (6). Figura 1.
Figura 1. Transformada de Fourier en base a un espectro de vibración. Fuente (6)
Tomado de: J. M. Arrieta, M. A. Gómez. «Diagnóstico de fallos en máquinas rotativas utilizando análisis de vibraciones».
Revista Ingeniería Mecánica, 19(2), 125-134, 2016.
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Avances tecnológicos en sensores y equipos
Un avance significativo en el campo del análisis de vibraciones fue el desarrollo de sensores MEMS
(Micro-Electro-Mechanical Systems), que ofrecen alta precisión y capacidad para monitoreo en tiempo
real (5). Estos sensores han facilitado la implementación de sistemas de monitoreo continuo,
permitiendo la recolección de datos en condiciones operativas reales y mejorando la exactitud en la
detección de fallos. Adicionalmente, la integración de sistemas de adquisición de datos avanzados ha
permitido el análisis de grandes volúmenes de información, facilitando la identificación de patrones de
fallos (7).
Aplicación del aprendizaje automático
El futuro del análisis de vibraciones en el mantenimiento industrial se vislumbra prometedor con la
continua integración de tecnologías avanzadas. La evolución de los sensores MEMS, la creciente
capacidad de procesamiento de datos y el desarrollo de algoritmos de inteligencia artificial más
sofisticados seguirán mejorando la precisión y efectividad del análisis de vibraciones (8). Estas
tecnologías permitirán un mantenimiento predictivo más eficiente, reduciendo los tiempos de
inactividad y mejorando la fiabilidad de la maquinaria industrial.
Sistema Experimental
Considerando que el diseño de investigación que se está aplicando en el presente trabajo es exploratoria,
se parte de bibliografía de interés, para evaluar la efectividad del análisis de vibraciones en la
identificación de patrones de vibraciones, se toma como referencia un estudio experimental de un
elemento mecánico rotacional particular.
MATERIALES
El diseño de investigación es no experimental, porque no se manipula variable alguna ni se examinan
evoluciones por tratamientos, además, los datos se extraen en una sola ocasión para la compilación
teórica. Se examinan los posibles resultados para el contraste con el posterior estudio, en el que se
procedería con el análisis experimental de vibraciones en un contexto real para establecer la forma de
cálculo o estimación y comprobar su relación directa con la predicción de fallas en los elementos
mecánicos rotativos.
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MÉTODOS
La metodología del presente estudio es de carácter documental con un alcance descriptivo. Este
planteamiento metodológico consiste que, en base a la investigación documental realizada sobre la
historia y desarrollo del análisis de vibraciones aplicados al mantenimiento industrial, se plantean
sistemas experimentales representativos para la generación y análisis de patrones de vibración para la
determinación de fallas. Figura 2.
A continuación, se muestra un estudio presentado por J. Calderón (10), que es un banco de pruebas de
vibraciones tradicional, desarrollado para el análisis, Figura 4, se establecen dos puntos de recolección
de datos, para la generación de espectros de frecuencias de vibraciones. La evaluación consiste en
realizar validaciones para la detección y clasificación de las fallas, trabajando con diferentes
revoluciones, 600, 1200, 1800, 2400 y 3000 rpm, las cual equivalen a 10, 20, 30, 40 y 50 Hz (10).
Figura 2. Banco de pruebas para análisis de vibraciones de engranajes.
Tomado de: M. Cerrada, «Detección y diagnóstico de fallos de caja de engranajes rectos utilizando un algoritmo de
clasificación basado en similaridad difusa aplicado en señales de vibración», Universidad Politécnica Salesiana, Cuenca –
Ecuador, 2021.
Una vez establecida el sistema mecánico, es necesario colocar sensores de vibraciones como sensores
piezoeléctricos, disponer de un sistema de adquisición de datos y analizador de vibraciones que permita
realizar Trasformadas de Fourier.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los resultados proporcionan una visión detallada de la evolución del análisis de vibraciones y su
efectividad en la detección de fallos en componentes mecánicos. A continuación, se presentan los
hallazgos más relevantes.
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Uso de sensores avanzados
Se instalan sensores piezoeléctricos y sensores MEMS en puntos críticos de maquinaria industrial. Estos
sensores muestran una mayor precisión y sensibilidad en comparación con los dispositivos utilizados
en décadas anteriores. Los MEMS, en particular, permiten la detección de vibraciones de baja amplitud
y alta frecuencia (8).
Sistemas de adquisición de datos
El sistema de adquisición de datos de alta frecuencia registrado en tiempo real permite capturar señales
de vibración detalladas. La implementación de software avanzado facilita la aplicación de la
Transformada de Fourier y otros análisis espectrales. Esta tecnología ayuda a identificar patrones de
vibración complejos con mayor precisión (10).
Patrones de vibración característicos
En engranajes, las frecuencias laterales y de malla presentan picos en la frecuencia de paso de los dientes
cuando había desgaste o desalineación. Estas señales fueron claras y consistentes, facilitando la
identificación de fallos. (11).
Eficiencia del mantenimiento predictivo
Las empresas que implementaron el monitoreo de vibraciones reportan una reducción del 30% en los
tiempos de inactividad no planificados, gracias a la detección temprana de fallos. (12)
Se observa una disminución del 25% en los costos operativos relacionados con el mantenimiento debido
a la reducción de reparaciones de emergencia y la optimización del mantenimiento preventivo. (12)
Comparación con técnicas históricas
Las técnicas históricas, basadas en mediciones manuales y subjetivas, fueron menos eficaces
comparadas con los métodos modernos que utilizan sensores avanzados y software de análisis. La
tecnología actual permite una mayor precisión y velocidad en el diagnóstico de fallos (11).
CONCLUSIONES
El objetivo de la generación de los espectros de vibraciones es permitir tener espectros característicos
de cada modo de falla para poderlos comparar entre ellos y, de esta manera, poder determinar un fallo
solo con el análisis espectral.
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El estudio de la historia y evolución del análisis de vibraciones en elementos rotativos proporciona
información valiosa para mejorar las estrategias de mantenimiento industrial. La integración de
tecnologías modernas y la identificación de patrones precisos de vibraciones pueden optimizar la
fiabilidad y eficiencia de la maquinaria industrial.
Los resultados experimentales confirman que la evolución del análisis de vibraciones ha tenido un
impacto significativo en el mantenimiento industrial. La implementación de tecnologías modernas ha
mejorado la detección temprana de fallos, reducido los tiempos de inactividad y los costos operativos.
La comparación con técnicas históricas demuestra que los avances tecnológicos han proporcionado
herramientas más precisas y eficaces para el monitoreo de vibraciones en elementos rotativos de
maquinaria industrial.
Las empresas que han adoptado tecnologías modernas de monitoreo de vibraciones han experimentado
una disminución significativa en los costos operativos relacionados con el mantenimiento.
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clasificación basado en similaridad difusa aplicado en señales de vibración», Universidad
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