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Resonancia y Frecuencia Natural

Monitoreo de Condición:Resonancia y Frecuencia Natural

Tabla de Contenidos

Bode Diagram
Resonancia y Frecuencia Natural

¿Alguna vez has intentado balancear un ventilador y su vibración no baja? ¿No importa lo que hagas? ¿Sabe lo que es la Resonancia?

3 Consejos para diagnosticar la Resonancia y 6 formas de corregirla a continuación

Hechos

La resonancia representa el 40% de los casos de desbalance recurrente y es también, a pesar de ser tan fácil de diagnosticar, uno de los fallos que más se pasan por alto.

Entre los fallos más comunes, la Resonancia es la que tiene mayor fuerza destructiva. También es la protagonista del 90% de las fracturas estructurales por fatiga del material y de soldaduras, así como de la reducción de la vida útil de los rodamientos ocasionada por la sobrecarga.

Definición de Frecuencia Natural

Para entender la resonancia, primero tenemos que entender qué es la Frecuencia Natural. La definición dice algo como:

La frecuencia natural es la frecuencia a la que un objeto seguirá vibrando después de golpearlo. Esto no puede ser más claro.

Todos los objetos y sistemas mecánicos tienen una frecuencia natural. Incluso pueden tener muchas frecuencias naturales en función de su geometría.

¡AHORA! ¿Qué ocurre cuando excitas ese objeto a la misma frecuencia que su frecuencia natural? Pues bien, eso es la resonancia.

Definición de Resonancia

La Resonancia es un fenómeno que amplifica una vibración. Se produce cuando una vibración se transmite a otro objeto cuya frecuencia natural es igual o muy cercana a la de la fuente.

Revise también la Definición de Wikipedia.

Ejemplos

Mira el ejemplo de un péndulo.

Cuando empujo el péndulo, la energía que aplico no se pierde inmediatamente. En cambio, permanece en forma de movimiento del péndulo que se va perdiendo poco a poco. Si lo empujo una vez en cada ciclo, esa nueva energía se acumula a la que ya estaba en el péndulo en forma de movimiento, igual que cuando empujas a tu hijo pequeño en el columpio.

Resonance swing

Observe el caso contrario. Cuando estimule el péndulo a una frecuencia diferente, estaré luchando contra la energía que ya estaba acumulada, por lo tanto, no se añadirá energía a la existente.

Algo muy parecido ocurre en las máquinas rotativas. Cuando la velocidad de un motor está cerca de su frecuencia natural, resonará. Así, cualquier vibración debida al desequilibrio, por pequeña que sea, se amplificará. De este modo, pequeñas masas provocarán cambios sorprendentes en la vibración.

Por último, y por si todo esto fuera poco, la vibración de una máquina no se comporta de forma lineal. La cantidad de vibración produce pequeños cambios estructurales que modifican momentáneamente la frecuencia natural así como la amortiguación, haciendo que se comporte de forma ligeramente diferente a distintos niveles de vibración. Todo esto hace que el balanceo sea complicado.

Aprenda como Diagnosticar la Resonancia
 

La resonancia es fácil de diagnosticar; sin embargo, es importante saber cómo detectarla. Una máquina, durante su funcionamiento, aumentará gradualmente su vibración, la resonancia hará que la vibración aumente repentinamente cuando la máquina alcance su velocidad final. Lo mismo ocurre en el “enfriamiento”, cuando las RPM ganan una pequeña distancia de la frecuencia natural, la vibración disminuye inmediatamente.

Existen 3 tipos de pruebas que puedes realizar para diagnosticar la resonancia.

Prueba de Arranque y de Paro | Resonancia

Esta prueba se realiza registrando la vibración durante la paro de la máquina. Confirme que efectivamente la vibración disminuye drásticamente en los primeros segundos.

Coast Down Test

Prueba de Paro

Prueba de Impacto | Frecuencia Natural

En la “Prueba de Impacto” se realiza la grabación de la vibración después de golpear la máquina. En el espectro se observan entonces las frecuencias de resonancia de la estructura. Puede confirmar el diagnóstico con un 95% de certeza, en caso de que alguna de esas frecuencias esté cerca de la velocidad de rotación (Asegúrese de conocer con certeza la velocidad de rotación). Normalmente este estudio es suficiente para diagnosticar la resonancia, sin embargo existe otra prueba en caso de necesitar una prueba confirmatoria.

Bump Test

Prueba de Impacto

Resonance Bump Test FFT

Prueba de Impacto de Resonancia FFT

Gráfica de Bode en Análisis de Resonancia

El Diagrama de Bode es una prueba de Paro o Arranque que integra la vibración y las RPM medidas por un tacómetro o sensor de RPM. Esta prueba calcula la FFT y la fase relacionada con la señal de RPM en cada intervalo de tiempo. Esta prueba confirma la resonancia observando un cambio en la fase de 180º entre los momentos anteriores y posteriores al cruce de la frecuencia sospechosa

Bode Diagram

Resonancia Correcta

La buena noticia es que el fenómeno de la resonancia es fácil de corregir. Basta con alejar la frecuencia natural de la frecuencia de excitación.

Las acciones de corrección se dividen en 2:

Modifique la Frecuencia Natural

Puedes aumentar la frecuencia natural aumentando la rigidez de la estructura. Asegúrese de reforzar la estructura en la misma dirección de la frecuencia natural. Esta es la solución más común para no cambiar el rendimiento de la máquina.

También se puede disminuir la frecuencia natural eliminando la rigidez de la estructura. No es tan común, pero es igualmente posible y eficaz, siempre que no se comprometa el rendimiento de la máquina.

Se puede reducir la frecuencia natural añadiendo masa. Cambiar la masa de una estructura modificará su frecuencia natural y, por tanto, también la alejará de su velocidad de rotación.

También se puede aumentar la frecuencia natural eliminando masa. Esta es la acción menos frecuente, pero es igualmente eficaz.

Modifique los RPM para alejarlos de la Frecuencia Natural

Si un variador controla la velocidad del motor, entonces cambia las RPM. Es lo más sencillo de hacer. En caso de tener una transmisión por correa/polea, cambiar el diámetro de la polea podría ser la solución. En cualquier caso, es importante verificar que el rendimiento de la máquina sigue siendo suficiente para sus funciones, y por supuesto que el consumo de corriente no supera la recomendación del fabricante.

Conoce al autor

Thierry Erbessd, destacado empresario mexicano y egresado del Instituto Politécnico Nacional, ha revolucionado el campo del Análisis de Vibraciones, Balanceo Dinámico y el Monitoreo de Condición. A través de sus innovadores softwares DigivibeMX®, Dragon Vision®, y Wiser Vibe®, ha establecido un antes y un después en la industria. Como presidente de Erbessd Instruments®, no solo ha dirigido la empresa hacia la cima de la industria global de mantenimiento industrial sino que también ha expandido su influencia con oficinas estratégicamente en América, Europa y Asia, consolidándose como referencia indiscutible en soluciones para mantenimiento industrial a nivel mundial.

ERBESSD INSTRUMENTS® fabricante líder de Equipos de Análisis de Vibraciones, Máquinas de Balanceo Dinámico  y Monitoreo de Condición con oficinas en México, EE.UU., Inglaterra e India.

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