¿Ha realizado alguna modificación últimamente en algún equipo (tal como un recambio o sustitución de partes, alteración en tuberías, modificaciones en la estructura o cimentación) y ha notado como la vibración aumentó significativamente después del cambio?

¿O ha notado como en equipos de velocidad variable como bombas o ventiladores se da un aumento importante en la vibración en ciertos rangos de velocidad de operación?

Si es así, podría estar ante un caso de resonancia mecánica, causa de vibración muy común en la industria, sin embargo, poco estudiada y comprendida.

Las resonancias y las velocidades críticas vienes a ser frecuencias gobernadas por frecuencias naturales, amortiguamiento y fuerzas vibratorias. La resonancia es aquella condición de una máquina o estructura en el cual la frecuencia de una fuerza vibrante, tal como el desbalance de masa, se iguala con una frecuencia natural del sistema, la cual depende solamente de 2 factores: la masa y la elasticidad (material)

Cuando la fuerza vibrante es provocada por una máquina rotatoria, la resonancia se denomina velocidad crítica. La vibración se amplifica cuando está en o cerca (15-20%) de esta velocidad.

Las técnicas para determinar las frecuencias naturales de las estructuras se diferencian de las máquinas, porque éstas tienen generalmente, características dinámicas que dependen de la velocidad.

Las resonancias a menudo son excitadas artificialmente con martillos y vibradores para obtener las frecuencias naturales de la cimentación, estructura y tuberías.

Un problema de vibración por resonancia puede ser tremendamente destructivo para cualquier equipo o estructura donde no se tienen las previsiones necesarias. Tal es el caso de un ventilador de 75 KW con variador de frecuencia en el cual se había realizado un cambio del eje (no original) Se muestra en la siguiente figura.

Nótese el poder destructor de la resonancia al evidenciarse como el eje de 80 mm de diámetro quedó doblado como si fuera de goma y las aspas fueron completamente destruidas perforando la carcasa del ventilador.

Los daños por mantenimiento ascendieron a más de $30 mil dólares sin contar las pérdidas de producción. Por suerte no hubo daños a la integridad humana, lo cual hubiese sido de un costo incalculable.

Del análisis de vibraciones realizado con anterioridad, se había advertido ya de amplitudes de vibración sumamente elevadas de más de 50 mm/s en el ventilador.

Además, realizando una análisis de espectros FFT a diferentes velocidades de operación, se había concluido que a velocidades comprendidas entre un 79-81% de la velocidad máxima, se daba un incremento evidente de vibración reflejado en el espectro FFT de la siguiente figura.

Este comportamiento ya nos indicaba que estábamos en presencia de una resonancia en la estructura. Además, del análisis de fase realizado en varios apoyos del ventilador y del motor, se notó un comportamiento errático en la lectura de ángulo de fase, característica también de un problema de resonancia.

Desgraciadamente para este caso en particular, el informe de vibraciones mecánicas donde se daban todas las conclusiones y recomendaciones tendientes a controlar y eliminar esta condición, fue archivado y nunca fue revisado por los encargados de mantenimiento de la planta.

A continuación, se muestra el proceso resumido de un test de impacto para poder determinar las frecuencias naturales de una máquina con el objetivo de identificarlas previamente al inicio de su régimen de trabajo y evitar así, que velocidades de operación se conviertan en velocidades críticas al acercarse éstas a las frecuencias naturales generando así el fenómeno de resonancia.

Para este caso en particular, se trata de un mezclador con el motor en posición vertical, transmisión por cadenas, posee variador de frecuencia y puede alcanzar una velocidad máxima de operación de 575 rpm.

Con el equipo detenido, se procede a dar ligeros golpes con un martillo modal en diferentes puntos localizados e identificados en la estructura. Estos golpes son registrados en un analizador FFT, programando las mediciones con un tiempo de adquisición de datos de al menos 20 segundos y una cantidad de más de 16 mil líneas de resolución espectral.

El registro de estos golpes se muestra en la siguiente figura que muestra la señal de onda en el tiempo de cada golpe.

 A partir de la señal temporal, se genera el espectro FFT que nos muestra las frecuencias naturales del sistema.

Como se puede ver en la figura anterior, se señalan solamente algunas de las frecuencias naturales del equipo derivadas de la prueba de impacto.

Dado que la velocidad máxima del equipo es 575 rpm, se puede concluir que este equipo bajo las condiciones actuales, nunca tendrá problemas de resonancia dado que la frecuencia natural más cercana se encuentra a 645 rpm tal como se puede ver en el espectro FFT anterior.

El test de impacto es solo una de las formas y métodos para determinar las frecuencias naturales y velocidades críticas.

Existen algunos otros como Pruebas de Arranque y Parada, Análisis de Diagramas de Interferencia, Análisis de Diagramas de Bode, Método de Media Potencia (Half Power), entre otros.

Estas otras metodologías las iré comentando en futuros artículos.

Alonso Víquez C. Ingeniero Mecánico (Universidad de Costa Rica). Certificado en Ingeniería de Confiabilidad y Riesgo (Ingeman, Universidad de Sevilla). Certificado en Análisis de Vibraciones Mecánicas Nivel 2 (Universidad Técnica Nacional, Argentina). Certificado en Termografía Infrarroja Nivel 2 (Asociación de Termógrafos Profesionales, USA). Posee más de 8 años de experiencia en monitoreo y diagnóstico de la condición en maquinaria rotativa y en implementación de programas de mantenimiento. Ha impartido cursos y seminarios en Colombia, Guatemala, México, Honduras, Panamá, Costa Rica y Alemania.

Categorías: Mantenimiento

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