Gene Vogel
Especialista de Bombas & Vibraciones de EASA
Cuando se produce una vibración elevada en una máquina a una sola frecuencia y en un solo plano, la causa suele ser una condición de resonancia. Todas las máquinas tienen diversas frecuencias naturales. Si se aplica un impacto a la máquina (estando parada) con la fuerza suficiente, vibrará a esas frecuencias naturales. La resonancia ocurre cuando una fuerza excitadora, como la de 1xRPM, el paso de álabes u otra similar, coincide con una frecuencia natural, lo que resulta en una vibración muy alta a esa frecuencia. A menudo se utilizan técnicas sofisticadas como el análisis de la forma de deflexión operativa (ODS), el análisis modal y los diagramas de Bode para identificar con precisión las condiciones de resonancia. Estas técnicas requieren instrumentos de vibración especializados y un técnico bien capacitado. Sin embargo, existen pruebas más sencillas que pueden ayudar a identificar la resonancia.
La prueba más simple para detectar la resonancia (Figura 1) es la de impacto. Al registrar un espectro simple mientras se aplica un impacto a la máquina (estando parada), el espectro indicará las frecuencias naturales que podrían ser excitadas por fuerzas dinámicas cuando la máquina está en funcionamiento. En primer lugar, es importante conocer la frecuencia de la vibración elevada cuando la máquina está en funcionamiento. Esto se puede determinar con un espectro simple mientras la máquina está en operación. Si la frecuencia de la vibración elevada coincide con una frecuencia natural indicada por la prueba de impacto, la resonancia está contribuyendo a la alta amplitud de la vibración.
Al realizar la prueba de impacto, es importante golpear la máquina y medir la vibración en el mismo plano donde se produce la vibración más intensa. Se puede utilizar un bloque de madera o un mazo de goma para golpear. Evite usar martillos de cabeza dura ya que generarán mucho ruido pero no excitarán las frecuencias naturales más bajas. Tampoco utilice martillos de cabeza hueca ("dead blow"), ya que absorberán la energía vibratoria, amortiguando la respuesta. Algunos analizadores de vibraciones cuentan con configuraciones especiales para pruebas de impacto, pero golpear la máquina repetidamente mientras se registra un espectro estándar proporcionará resultados satisfactorios.
Otra prueba sencilla para detectar la resonancia consiste en variar la velocidad de la máquina y monitorizar la amplitud de la vibración. El siguiente gráfico (Figura 2) ilustra la respuesta de la amplitud de vibración al variar la velocidad de la máquina a través de la frecuencia de resonancia. La amplitud aumentará a medida que la velocidad se acerque a la frecuencia natural y disminuirá después de superarla. Si la vibración intensa se produce justo cuando la máquina alcanza la velocidad máxima de rotación, solo será visible la mitad inferior del pico, y la amplitud de la vibración disminuirá bruscamente al reducir la velocidad desde su valor máximo.
Si no es posible variar la velocidad de la máquina en funcionamiento, se pueden observar las características de resonancia al apagarla y mientras desacelera y se detiene gradualmente. Sin embargo, existen algunas condiciones que pueden enmascarar o simular las indicaciones de resonancia. Si la carga de la máquina provoca una reducción muy rápida de la velocidad, el pico de amplitud podría no ser perceptible. Además, un motor eléctrico puede presentar vibraciones eléctricas que cesarían instantáneamente al desconectar la alimentación, y la posterior disminución de la amplitud podría confundirse con un fenómeno de resonancia.
La rigidez y la masa son los dos factores principales que controlan las frecuencias naturales. (El amortiguamiento también influye, aunque en menor medida). La masa de una máquina generalmente no cambia, por lo que si se produce una resonancia, suele ser por deterioro de la base o en la cimentación de la máquina, lo que reduce la rigidez del montaje. Medir la amplitud de la vibración en los puntos de apoyo de la máquina puede ayudar a identificar la causa raíz de la resonancia. Mida la amplitud de la vibración en dirección vertical sobre el punto de apoyo y mida también la amplitud en el componente al que está atornillado, justo al lado del punto de apoyo. Si existe una diferencia significativa entre las amplitudes, el punto de apoyo está suelto y podría ser la causa de la resonancia. Los técnicos de vibraciones experimentados suelen realizar esta prueba con su "vibrómetro manual" incluso antes de comenzar un análisis detallado con un analizador de vibraciones.
Las vibraciones elevadas debidas a la resonancia son muy comunes en todo tipo de maquinaria rotativa y se requiere un diagnóstico exhaustivo antes de recomendar medidas correctivas. Sin embargo, estas sencillas pruebas se pueden utilizar para identificar la resonancia antes de invertir tiempo y esfuerzo en intentar solucionar el problema mediante el balanceo, el alineamiento o reparaciones más complejas. Si se detecta resonancia, corrija primero esta condición, ya que es posible que no sean necesarias otras reparaciones.
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