Resonancia & Frecuencia Natural

Bode Diagram

Resonancia & Frecuencia Natural

¿Te ha pasado alguna vez que estás tratando de balancear un ventilador y no reacciona al balanceo? Por más que agregas o quitas pesos, ¿la vibración no baja?

¿Sabes qué es la Resonancia?

Te voy a dar 3 tips para diagnosticarla y 6 maneras en las que la puedes corregir o evitar.

 

Hechos

La resonancia representa el 40% de los casos de desbalance recurrente y es también, a pesar de ser tan fácil de diagnosticar, una de las fallas que más frecuentemente se pasa por alto.

De entre las fallas más comunes, la Resonancia es aquella que tiene la mayor fuerza destructiva. También es protagonista del 90% de las fracturas estructurales por fatiga de material y soldadura así como de la reducción en la vida útil de los rodamientos a causa de sobrecarga.

 

Definición de Resonancia

 

Para entender la resonancia tenemos primero que entender que es una frecuencia natural. La definición dice algo así:

La frecuencia natural es la frecuencia a la que un objeto permanecerá vibrando después de golpearlo. No se puede ser mas claro.

(Golpear campana) (Empujar a mi hija en el columpio)

Todos los objetos y sistemas mecánicos tienen una frecuencia natural. Incluso pueden tener muchas dependiendo de en donde los golpeas.

AHORA, ¿Qué pasa cuando excitas ese objeto a la misma frecuencia que su frecuencia natural? Eso es resonancia.

La resonancia es entonces un fenómeno que amplifica una vibración. Ocurre cuando una vibración es transmitida a otro objeto cuya frecuencia natural es igual o muy cercana a la de la fuente (+/- 10%).

Ejemplos

Mira el ejemplo de un péndulo.

Cuando empujo el péndulo, la energía que aplico no se pierde inmediatamente, sino que permanece en forma de un movimiento pendular que lentamente se va perdiendo. Si yo lo empujo una vez por cada ciclo, esa nueva energía se acumula a la energía que ya se encontraba en el péndulo en forma de movimiento. Lo mismo sucede cuando empujas a un niño en el columpio.

 

En el caso contrario, cuando estimulo el péndulo a una frecuencia diferente, estaré luchando en contra de la energía que ya se encontraba acumulada, por lo que no se le sumará.

 

Algo muy similar sucede en la maquinaria rotativa. Cuando la velocidad de giro de un motor es cercana a alguna de las frecuencias naturales de su estructura, estará en resonancia. Así, cualquier vibración por desbalanceo, por pequeño que éste sea, estará siendo amplificada. De esta manera, pesos pequeños ocasionarán cambios sorprendentemente grandes en la vibración.

 

Por último, y por si fuera poco, la vibración de una maquina no se comporta de forma lineal. La vibración produce pequeños cambios estructurales que momentáneamente cambian la frecuencia natural y el amortiguamiento, lo que hace que a diferentes niveles el comportamiento cambie. Todo esto hace que el balanceo se vuelva complicado.

 

Aprende a Diagnosticar la Resonancia.

 

Este fenómeno es fácil de diagnosticar, sin embargo es importante sospecharlo primero para no pasarlo por alto. Una máquina, durante el arranque, irá incrementando su vibración paulatinamente, y es característico en la resonancia que cuando ésta se acerca a la velocidad de trabajo su vibración se incremente súbitamente. Lo mismo sucede al parar, cuando la velocidad de giro se aleja de la frecuencia natural, la vibración disminuye mucho en un lapso de tiempo corto.

 

Existen 3 estudios que puedes hacer con el fin de diagnosticar la resonancia.

 

Prueba de Arranque o Paro (Run-Up or Coast Down test)

 

Esta prueba se realiza midiendo la vibración durante la cuesta de paro. Confirmará que efectivamente la vibración disminuye en los primeros segundos de forma drástica.

Coast Down test

Prueba de paro

 

Prueba de golpe (Bump Test)

 

Con el “Bump Test” la idea es grabar la vibración que resulta de dar un golpe controlado a la máquina. Como resultado, el espectro FFT mostrará la o las frecuencias naturales de la estructura. En caso de que alguna de estas frecuencias se encuentre cercana a la velocidad de giro, esto confirmará el diagnóstico en un 95%. (Asegúrese de conocer con certeza la velocidad de giro). Usualmente este estudio es suficiente para diagnosticar la resonancia, sin embargo existe otro test en caso de necesitar una prueba confirmatoria.

 

Bump Test

Bump Test

Resonance Bump Test FFT

Resonance Bump Test FFT

 

Prueba de Bode

 

El Test de Bode es una prueba de paro que integra además de la vibración la velocidad medida con un tacómetro o sensor de RPM. Este test calcula el FFT y la fase relativa a la señal de RPM a cada intervalo de tiempo. Este test confirma la resonancia al ver un cambio en la fase de 180º entre los momentos previo y posterior al cruce por la resonancia.

Bode Diagram

Bode Diagram

 

 

Corrija el problema

 

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

Las acciones se dividen en 2:

 

Modificar la Frecuencia Natural.

 

Puede incrementar la frecuencia natural haciendo la estructura más rígida. Se debe de hacer cerciorándose de usar un refuerzo que haga la estructura más rígida en el mismo sentido de la frecuencia natural. Esto es lo que se hace más comúnmente ya que esto no alterará el funcionamiento de la máquina.

 

Puede también disminuir la frecuencia natural quitando rigidez a la estructura. No es tan común, pero es igualmente posible y efectivo.

 

Puede disminuir la frecuencia natural agregando masa. Cambiar la masa de una estructura cambiará su frecuencia natural y por lo tanto también la alejaría de su frecuencia de giro.

 

También puede aumentar la frecuencia natural quitando masa. Esto es lo menos frecuente pero igualmente efectivo.

 

Modificar las RPM para alejarlas de la Frecuencia Natural

 

Modificar las RPM es algo sencillo de hacer si el motor es controlado por un variador de velocidad. En caso de que la transmisión sea por poleas y correas, cambiar el diámetro de una de las polea puede ser la solución. En todo caso es importante revisar que el desempeño de la máquina siga siendo bueno para su función, y por supuesto que el consumo de corriente no se exceda de lo recomendado.

 

Análisis de Vibraciones

S O B R E   D E L  A U T O R

Thierry Erbessd, empresario mexicano que ha revolucionado el ámbito del Análisis de Vibraciones y Balanceo Dinámico a nivel mundial.

Thierry es egresado del Instituto Politécnico Nacional de México y es también Programador por pasión, es el creador del software DigivibeMX que compite entre los mejores softwares para análisis de vibraciones. Actualmente es el Presidente del grupo Erbessd Instruments, empresa líder en soluciones para el mantenimiento industrial.

ERBESSD INSTRUMENTS empresa fabricante de Equipos de Análisis de Vibraciones y Máquinas de Balanceo Dinámico con oficinas en México y Estados Unidos.

 

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