12.5.5 ANÁLISIS DE VIBRACIONES
Consiste en el estudio del tipo la propagación de ondas elásticas en un material homogéneo y la determinación de los efectos producidos y el modo de propagación.
La vibración es la respuesta de un sistema a estímulos externos y/o internos que causan oscilaciones o pulsaciones. Aunque es común pensar que la vibración por sí misma dañe máquinas y estructuras, esto no es así, ya que los daños son hechos por esfuerzos dinámicos, que causan fatiga de los materiales; éstos esfuerzos a su vez son inducidos por la vibración. Ver Figura 17.
Las vibraciones pueden ser medidas y caracterizadas midiendo la amplitud, la fase, la oscilación o desplazamiento alternante de ciertos puntos al paso de una onda elástica.
Aplicaciones
El análisis de vibraciones se puede utilizar para calcular los módulos elásticos (módulo de Young, módulo de cizallamiento) y el coeficiente de Poisson a partir de las frecuencias naturales de vibración de la muestra, que no debe sufrir ningún daño por el llamado método dinámico (ensayos no destructivos) a través de la velocidad del sonido, llamado pulso-eco.
Existe una relación unívoca entre las frecuencias naturales de vibración con las dimensiones y la masa de la muestra, parámetros fáciles de medir con un pie de rey y una balanza. Conociendo el tamaño, la masa y las frecuencias naturales de vibración, los módulos de elasticidad se pueden calcular fácilmente utilizando herramientas matemáticas.
El módulo de Young se calcula a partir de las vibraciones longitudinales o flexionales mientras que el módulo de cizallamiento y el coeficiente de Poisson se puede obtener mediante las vibraciones de torsión. De acuerdo con la norma ASTM E-18751 e E-18762 las pruebas pueden ser:
- Excitación por impulso:cuando la muestra se somete a un ligero golpe que genera vibraciones que son detectadas por un transductor y se convierten en señales eléctricas para que estas frecuencias de resonancia se puedan leer.
- Barrido de frecuencia: cuando el modelo recibe un estímulo de frecuencia variable
TÉCNICAS DE ANÁLISIS VIBRACIONAL
-Nivel de vibración total: Es una medida de la energía total asociada a todas las frecuencias de vibración procedentes de un punto de medición. Los niveles de vibración total se comparan con los que se toman con anterioridad, cuando la máquina operaba correctamente y se definen los puntos de alarma que determinan las condiciones de estado actual.
-Análisis espectral FFT: También llamado análisis de forma y frecuencia, permite descomponer la vibración total en sus frecuencias componentes (usualmente órdenes o armónicos de la frecuencia de giro). La cantidad de vibración que ocurre a una determinada frecuencia es llamada la amplitud de vibración a dicha frecuencia. El gráfico de amplitud Vs. frecuencia es llamado espectro FFT.
-Ploteos orbitales: Un ploteo orbital se produce por la combinación de señales de dos sensores de vibración en dirección radial situados a 90 grados uno de otro.
Los ploteos orbitales muestran una vista amplificada, entendible y precisa del movimiento del eje. Se usan para balancear y como ayuda para identificar muchos problemas comunes de maquinaria.
Figura 17. Análisis de Vibraciones Mecánicas