Qué es la resonancia y por qué puede destruir su equipo

Qué es la resonancia: una explicación sencilla

Toda estructura mecánica (bastidor, cimentación, soportes) tiene sus propias frecuencias naturales de vibración. Estas son las frecuencias a las que la estructura «tiende» a vibrar.

Una analogía: piense en un columpio. Si lo empuja siguiendo el ritmo de sus oscilaciones naturales, la amplitud crece. Si lo empuja fuera de ritmo, el columpio apenas se mueve.

Resonancia se produce cuando la frecuencia de rotación del rotor coincide (o está muy próxima) con una de las frecuencias naturales de vibración de la estructura. En ese caso, incluso una fuerza excitadora pequeña debida a un desequilibrio mínimo genera una vibración enorme.

El peligro: la vibración puede crecer entre 10 y 20 veces. Esto conduce a:

• Destrucción de fijaciones y cimentaciones
• Grietas de fatiga en el metal
• Destrucción catastrófica de la estructura

La velocidad crítica

La velocidad crítica es la velocidad de rotación a la que la frecuencia de rotación del rotor coincide con la frecuencia natural de vibración del sistema «rotor-soportes».

Rotores rígidos y flexibles:

• Rotor rígido: la velocidad de trabajo está muy por debajo de la primera velocidad crítica (generalmente 2-3 veces inferior). Este tipo de rotor no se flexiona bajo las fuerzas centrífugas
• Rotor flexible: opera a una velocidad próxima o superior a la velocidad crítica. El rotor se flexiona de forma apreciable al girar

Cómo detectar la resonancia: métodos de diagnóstico

Fig. 1. Gráfico de resonancia: un pico de vibración pronunciado al alcanzar la velocidad crítica (en este ejemplo, ~2250 rpm).

Indicios de operación en la zona de resonancia:

• Un aumento brusco de la vibración a una velocidad de rotación determinada
• Cuando la velocidad varía ±100 rpm, la vibración cambia entre 5 y 10 veces
• La fase de vibración «salta» de una medición a la siguiente
• Al atravesar la resonancia, la fase cambia 180°
• Las lecturas son inestables incluso a velocidad constante

Métodos de detección:

1. Prueba de deceleración libre (coast-down):

• El equipo se apaga y reduce la velocidad gradualmente
• Se mide la vibración conforme disminuye la velocidad
• Los picos de vibración a las frecuencias de resonancia son visibles en el gráfico

2. Prueba de impacto (bump test):

• Se golpea el equipo estático con un martillo modal
• Se analiza la respuesta del sistema
• Se determinan las frecuencias naturales

Métodos para eliminar la resonancia

1. Cambio de la velocidad de trabajo

Cuando sea posible, modifique la velocidad de modo que la frecuencia de trabajo se aleje suficientemente de la de resonancia (generalmente ±15-20%).

2. Cambio de la rigidez de la estructura

• Refuerzo del bastidor y las cimentaciones: aumentar la rigidez eleva la frecuencia natural
• Adición de masa: aumentar la masa reduce la frecuencia natural
• Cambio de los soportes: uso de aisladores de vibración o fijaciones más rígidas

3. Amortiguamiento

• Instalación de amortiguadores (absorbedores de vibración)
• Uso de soportes antivibración

4. Métodos especiales de equilibrado

Para trabajar cerca de la resonancia existen métodos especiales de equilibrado que prescinden de la fase (el método de las cuatro pasadas). Se trata, no obstante, de un procedimiento complejo que requiere experiencia.