Resonancia La relación entre síntomas y diagnóstico no es biunívoca ya que existen elementos que pueden distorsionar los síntomas. El estudio de las frecuencias naturales o de resonancia aporta información sobre el estado de normalidad de las máquinas. En ocasiones, durante la investigación de una avería es necesario realizar un estudio de resonancias para asegurar que la vibración es provocada por el movimiento rotativo de la propia máquina.
Introducción vibraciones en resonancia Todas las frecuencias vis tas asta aora se denominan frecuencias forzadas y comparten la característica de ser Todas autoexcitadas. !uando se pone en marca una máquina, aparecen las frecuencias forzadas" cuando se apaga, las frecuencias forzadas desaparecen. #e eco, si la máquina varía su velocidad, las frecuencias forzadas cambian de forma proporcional. Las frecuencias forzadas a menudo presentan la propiedad de ser fácilmente calculables conociendo las características físicas de la máquina, ya que estas son producto del dise$o y la fabricación de la máquina. La frecuencia natural o de resonancia de resonancia de un sistema es aquella frecuencia que tiene una tendencia o facilidad para vibrar. Todo Todo sistema posee una o varias f recuencias naturales de forma que al ser excitadas se producirá un aumento importante de vibración. La fórmula de la frecuencia natural es%
siendo m la masa y K la la rigidez. #e esta fórmula se deduce que si la rigidez aumenta, la frecuencia natural tambi&n aumentará, y si la masa aumenta, la frecuencia natural disminuye. La resonancia resonancia es es un estado de funcionamiento en el que una frecuencia de excitación se encuentra cerca de una frecuencia natural de la estructura de la máquina. !uando ocurre la resonancia, los niveles de vibración que resultan pueden ser muy altos y pueden causar da$os muy rápidamente. 'n e(emplo típico de resonancia es la cantante de ópera que rompe un vaso al dar una nota aguda. )unque el vaso no est& vibrando aparentemente, está sometido a una min*scula vibración cuya frecuencia coincide con su frecuencia natural. !uando la onda, en este caso sonora, incide sobre el cuerpo, se genera una vibración de amplitud enorme y el sistema entra en resonancia asta que se rompe. !uando analizamos los problemas de vibración de una máquina es importante poder determinar las frecuencias naturales del sistema, ya que, es necesario asegurarnos de que no existen frecuencias forzadas cerca de las frecuencias naturales.
Tipos de resonancia ) la ora de realizar una clasificación de la resonancia distinguiremos dos tipos%
Resonancia estructural% estructural % Está asociada a las partes no rotativas de la m áquina +bancadas, estructuras, tuberías, etc.. Esta resonancia puede ser excitada por frecuencias asociadas a elementos rotativos de la maquinaria o a elementos externos. Las frecuencias de excitación externas se pueden transmitir a trav&s de tuberías, estructuras de construcción, cimentación, etc. Resonancia de equilibrio% equilibrio % Está asociada a la frecuencia natural de los rotores de una máquina. ) estas frecuencias naturales o de resonancia de un rotor se denominan velocidades críticas. !uando la velocidad de un elemento rotativo se aproxima a su velocidad crítica se produce un aumento importante de los niveles de vibración, mientras que si la máquina se ale(a de su velocidad crítica se produce un descenso de la vibración. Este fenómeno es muy normal que se produzca en Turbomáquinas +suelen tener una o v arias velocidades críticas por deba(o de la velocidad de traba(o, durante arranques y paradas, ya que en su aceleración o
deceleración pasan una o v arias veces por su frecuencia de resonancia. ) veces puede ocurrir que la velocidad crítica está muy próxima o coincida con la velocidad de operación, originando una amplificación considerable de vibración. ) este fenómeno se le denomina -esonancia armónica-.
Métodos de detección de resonancia /on diversas las t&cnicas que normalmente se utilizan para calcular las frecuencias de resonancia de un sistema. Estas t&cnicas requieren un soft0are e i nstrumentación especial que no son necesarios para un programa de 1antenimiento 2redictivo. ) continuación se definen las más relevantes%
Test de arranque y parada% 2ara su realización se requiere la utilización de un analizador 33T y un fototaco. El analizador se encarga de recoger y almacenar el nivel global de vi bración a la vez que el fototaco le envía la se$al de la velocidad de giro del rotor en cada instante. /e requiere la utilización de un analizador rápido que permita en cortos períodos de tiempo almacenar un gran n*mero de medidas. Diagrama de espectros en cascada% Es una representación gráfica del espectro frecuencial de una máquina en función de la frecuencia de funcionamiento. /e captura un espectro de vibración a intervalos fi(os de la velocidad de rotación tras lo cual se representan consecutivamente en cascada tal y como se muestra en la 3igura 456. La amplitud de las frecuencias forzadas, como 4x 21, debería aumentar progresivamente con la velocidad. Las velocidades críticas se identifican observando que la amplitud de la vibración aumenta considerablemente al pasar por ellas.
Figura 124: Diagrama de espectros en cascada.
Test de impacto% El proceso consiste en golpear el sistema con un martillo de goma o plástico, nunca metálico porque podría distorsionar el análisis al producir resonancias de contacto. 2ara realizar un test de impacto se requiere el uso de un martillo y un analizador 33T. !on el martillo se golpea el sistema excitando las frecuencias de resonancia y simultáneamente con el analizador se toma y almacena el espectro. Los picos del espectro nos indican las posibles frecuencias de resonancia del sistema. El resultado será la obtención de un diagrama de 7ode, como el de la 3igura 458, que consiste en una gráfica de amplitud frente a frecuencia y otra de fase frente a frecuencia. La existencia de alguna frecuencia de elevada amplitud donde se produzca un cambio de fase de 49:; nos indicará la existencia de una frecuencia de resonancia.
Figura 125: Test de impacto.
Figura 126: Diagrama de Bode.
Eliminación de resonancia !omo se a explicado, las velocidades críticas provocan altas amplitudes de vibración que pueden ser catastróficas, por eso, se debe evitar a toda costa traba(ar a estas velocidades. El ob(etivo es separar la frecuencia de operación de la frecuencia natural en un <5:= como mínimo. Las frecuencias naturales no pueden ser eliminadas, pero pueden
minimizarse sus efectos o pueden desplazarse a otras frecuencias mediante diversos m&todos%
educir o eliminar la fuerza de excitación% mediante equilibrado de precisión, alineación de precisión de e(es y correas, cambio de aisladores gastados o rotos, etc.. 1odificar la masa o rigidez de la estructura.
!ambio de r&gimen de giro en el equipo.
)$adir amortiguamiento al sistema% el amortiguamiento es la capacidad interna de todo sistema para disipar la energía vibratoria. /e puede, por e(emplo, m ontar la máquina sobre calzos antivi bratorios. En ocasiones, es necesario aislar o amortiguar un equipo para evitar los da$os que provocarían las vibraciones transmitidas a trav&s del suelo, estructuras o tuberías a otros equipos más sensibles.