Cuando una máquina rotativa alcanza su frecuencia de resonancia, puede provocar graves daños a la máquina (y a la planta), lesiones a los empleados y enormes consecuencias económicas. Esto debe evitarse a toda costa. Aunque la mayoría de las máquinas rotativas están diseñadas para que la frecuencia de resonancia nunca coincida con la velocidad de la máquina, la resonancia puede producirse debido a defectos de diseño, cambios en la velocidad o influencias externas (como la frecuencia natural de los cimientos).
Frecuencias críticas
Toda máquina (configuración) tiene una o varias frecuencias naturales, es decir, la frecuencia a la que un sistema tiende a vibrar sin que exista ninguna fuerza impulsora o amortiguadora. Cuando una máquina rotativa está en funcionamiento, se produce una determinada frecuencia de vibración. Cuando esta frecuencia de vibración coincide con la frecuencia natural de la máquina (estructura), se produce una resonancia mecánica. En este caso, la máquina vibra fuertemente en sintonía con la fuente de vibración, produciendo una vibración amplificada. Las vibraciones amplificadas pueden ser tan fuertes que tienen un efecto destructivo en la máquina.
Las causas de las vibraciones en máquinas rotativas pueden variar. Más información en las causas de las vibraciones.
Solución
Está claro que hay que evitar la resonancia. Para ello, pueden utilizarse acelerómetros para controlar las vibraciones de la máquina. Mediante un transmisor, el acelerómetro puede comunicarse con un PLC, un DCS o un sistema SCADA, lo que permite actuar de forma rápida y adecuada cuando sea necesario. Es importante conocer las frecuencias críticas (resonantes), ya que se utilizan para establecer los valores de alarma. Estos valores de alarma tienen por objeto evitar que una máquina rotativa alcance la frecuencia de resonancia.
En las páginas siguientes encontrará más información sobre los acelerómetros y su uso:
- Prevención de daños en las máquinas con un sistema de control de vibraciones
- Medición de vibraciones con acelerómetros
- 11 consejos para elegir el acelerómetro industrial IEPE adecuado
- Acelerómetros (productos)
Métodos para determinar la frecuencia de resonancia
Existen varios métodos para determinar la frecuencia de resonancia de una máquina. A continuación se describen los métodos más utilizados.
Prueba de choque (prueba de impacto)
Un bump test ayuda a encontrar la(s) frecuencia(s) crítica(s) de las máquinas. Existen diferentes métodos para realizar un bump test. Puede ser tan sencillo como golpear el material (la máquina) con un martillo de goma. A continuación, el equipo puede tomar una muestra de unos segundos (trazado en el dominio del tiempo), el periodo de una rotación de una máquina giratoria. La duración de la muestra depende de las frecuencias de resonancia determinadas. Es importante probar la máquina en varios puntos; deben tomarse medidas tanto en el punto de accionamiento como en el punto de transferencia para determinar la frecuencia de resonancia de la máquina. Para esta prueba, la máquina debe estar fuera de servicio para evitar datos incorrectos y facilitar la determinación de la frecuencia natural de la máquina.
Prueba de arranque/descenso
En la denominada "retención de picos por inercia", la vibración se controla desde el punto en que la máquina está operativa hasta la parada. Sin resonancia, se espera que el nivel de vibración permanezca constante. Si el nivel de vibración aumenta durante la parada, la velocidad a la que aumenta la amplitud puede indicar la frecuencia natural. Además de esta prueba, existe la más exhaustiva "fase de pico de parada", en la que se miden tanto el nivel de vibración como el desplazamiento de fase de la máquina. De este modo, se puede identificar la frecuencia natural (resonante), que se encuentra en el centro del desplazamiento de fase de 180 grados.
Fórmula de la frecuencia natural
Un tercer método consiste simplemente en calcular la frecuencia natural mediante una fórmula. Sin embargo, esto no es tan sencillo como puede sugerir la fórmula. Para calcular la frecuencia natural (ωn) de una máquina, deben conocerse los parámetros de rigidez (k) y masa (m). A menudo no es así. En particular, determinar la rigidez de una estructura es muy difícil. Además, la frecuencia natural cambia cuando cambia uno de los dos parámetros. Por lo tanto, este método se utiliza muy poco.
Modificación de la frecuencia natural
La frecuencia natural puede modificarse, por ejemplo, cambiando la rigidez o la masa de la máquina. Al aumentar la masa o disminuir la rigidez, la frecuencia natural disminuirá. A la inversa, una disminución de la masa y un aumento de la rigidez aumentarán la frecuencia natural.
No siempre es posible modificar uno de los parámetros (rigidez o masa). En este caso, puede modificarse la velocidad a la que gira la máquina. Sin embargo, esto no suele ser una opción; una máquina gira a una velocidad determinada por una razón. También existe la opción de colocar un amortiguador dinámico en la máquina, que sirve para reducir considerablemente los niveles de vibración.
Como una de las causas más comunes de vibraciones extraordinarias de las máquinas, es importante evitar operar dentro de la frecuencia de resonancia. Para determinar esta frecuencia, es necesario realizar mediciones precisas para identificar la frecuencia natural. Además de la resonancia, el desequilibrio, la desalineación o los componentes dañados suelen desempeñar un papel importante en la causa de un comportamiento anómalo de las vibraciones.
