¿Qué es la vibración forzada? Respuesta a la excitación externa • Equilibrador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el equilibrado dinámico de trituradoras, ventiladores, desbrozadoras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores. ¿Qué es la vibración forzada? Respuesta a la excitación externa • Equilibrador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el equilibrado dinámico de trituradoras, ventiladores, desbrozadoras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores.

¿Qué es la vibración forzada? Respuesta a la excitación externa

Publicado por admin en

Comprensión de la vibración forzada

Definición: ¿Qué es la vibración forzada?

Vibración forzada Es un movimiento oscilatorio causado por una fuerza periódica externa aplicada a un sistema mecánico. La vibración se produce a la frecuencia de la fuerza aplicada (frecuencia de excitación), y su amplitud es proporcional a la magnitud de la función de excitación e inversamente proporcional a la resistencia del sistema al movimiento a esa frecuencia. vibración En la maquinaria rotativa se produce vibración forzada, cuyas fuentes comunes de forzamiento incluyen desequilibrar (fuerza centrífuga rotatoria), desalineación (fuerzas de acoplamiento) y pulsaciones aerodinámicas/hidráulicas.

La vibración forzada es fundamentalmente diferente de vibración autoexcitada (donde el sistema genera su propia oscilación sostenida) y vibración libre (respuesta transitoria tras un impulso). Comprender los principios de la vibración forzada es esencial, ya que explica cómo la amplitud de la vibración se relaciona con la gravedad de la falla y cómo se puede controlar la vibración reduciendo la fuerza aplicada o modificando la respuesta del sistema.

Características de la vibración forzada

Coincidencia de frecuencias

  • La frecuencia de vibración es igual a la frecuencia de excitación.
  • Si se aplica una fuerza de 30 Hz, la vibración será de 30 Hz.
  • A diferencia de la vibración autoexcitada, que se produce a la frecuencia natural.
  • Frecuencia predecible basada en la fuente de forzamiento

Proporcionalidad de amplitud

  • La amplitud de vibración es proporcional a la magnitud de la fuerza aplicada.
  • El doble de fuerza → el doble de vibración (sistema lineal)
  • Eliminar la fuerza aplicada → la vibración se detiene
  • Controlable mediante reducción de fuerza

Relación de fase

  • Definido fase relación entre fuerza y respuesta
  • La fase depende de la frecuencia relativa a la frecuencia natural.
  • Por debajo de la resonancia: vibración en fase con la fuerza
  • En resonancia: desfase de 90°
  • Por encima de la resonancia: desfase de 180°

Estabilidad

  • El sistema es estable; la vibración está limitada.
  • No crece sin límites
  • La amplitud está limitada por la fuerza aplicada y la respuesta del sistema.
  • Contrasta con la vibración autoexcitada inestable.

Funciones de forzamiento comunes en la maquinaria

1. Desequilibrio (1× Forzamiento)

  • Fuerza: Fuerza centrífuga rotatoria debida a la excentricidad de la masa
  • Frecuencia: Una vez por revolución (1× velocidad del eje)
  • Magnitud: F = m × r × ω² (proporcional al cuadrado de la velocidad)
  • Más común: Fuente principal de vibración en la mayoría de los equipos rotativos

2. Desalineación (2× Forzamiento)

  • Fuerza: Fuerzas de acoplamiento por desplazamiento angular/paralelo
  • Frecuencia: Dos veces por revolución (2× velocidad del eje)
  • Característica: Componente axial alto

3. Aerodinámico/Hidráulico (Paso de álabes/paletas)

  • Fuerza: Pulsaciones de presión debidas a la interacción entre las palas y el estátor
  • Frecuencia: Número de álabes × velocidad del eje
  • Ejemplos: Ventiladores, bombas, compresores

4. Fuerzas de engranaje

  • Fuerza: El acoplamiento dentado genera una carga periódica
  • Frecuencia: Número de dientes × velocidad del eje
  • Magnitud: Relacionado con el par transmitido y la calidad del diente

5. Fuerzas electromagnéticas

  • Fuerza: Pulsaciones del campo magnético en motores/generadores
  • Frecuencia: 2× frecuencia de línea (120/100 Hz)
  • Independiente: De velocidad mecánica (forzamiento asíncrono)

Respuesta a la imposición: Comportamiento del sistema

Por debajo de la frecuencia natural (controlada por rigidez)

  • Amplitud de vibración ≈ Fuerza / Rigidez
  • Respuesta en fase con la fuerza aplicada
  • La amplitud aumenta con la velocidad para fuerzas dependientes de la velocidad.
  • Región de funcionamiento típica para la mayoría de los rotores rígidos

A frecuencia natural (resonancia)

  • Amplitud de vibración ≈ Fuerza / (Amortiguación × Frecuencia natural)
  • Amplitud amplificada por el factor Q (normalmente de 10 a 50 veces).
  • desfase de 90°
  • Las fuerzas pequeñas crean grandes vibraciones.
  • La amortiguación es el único factor limitante.

Frecuencia superior a la natural (controlada por la masa)

  • Amplitud de vibración ≈ Fuerza / (Masa × Frecuencia²)
  • Desfase de 180° (vibración opuesta a la dirección de la fuerza)
  • La amplitud disminuye al aumentar la frecuencia.
  • Región de funcionamiento para rotores flexibles por encima de velocidades críticas

Vibración forzada frente a otros tipos

Vibración forzada frente a vibración libre

  • Forzado: Forzamiento continuo, vibración sostenida, a la frecuencia de forzamiento
  • Gratis: Respuesta al impulso, amortiguamiento de la vibración, a frecuencia natural
  • Ejemplo: La prueba de impacto produce vibración libre; la máquina en funcionamiento produce vibración forzada.

Vibración forzada frente a vibración autoexcitada

  • Forzado: Fuerza externa, amplitud proporcional a la fuerza, estable
  • Autoexcitado: Fuente de energía interna, amplitud limitada por la no linealidad, inestable
  • Ejemplos: El desequilibrio es forzado; remolino de aceite es autoexcitado

Control y mitigación

Reducir la fuerza

  • Equilibrio: Reduce el desequilibrio forzando directamente
  • Alineación: Reduce las fuerzas de desalineación
  • Reparar defectos: Solucionar problemas mecánicos que generan fuerzas
  • Más eficaz: Eliminar o minimizar la fuente de forzamiento

Modificar la respuesta del sistema

  • Modificar la rigidez: Desplazar las frecuencias naturales para alejarlas de las frecuencias de excitación
  • Añadir amortiguación: Reducir la amplificación de resonancia
  • Cambio de masa: Modificar las frecuencias naturales
  • Aislamiento: Reducir la transmisión de fuerza a la estructura

Evitar la resonancia

  • Asegúrese de que las frecuencias de forzamiento no coincidan con las frecuencias naturales.
  • Margen de separación típicamente ±20-30%
  • Análisis de la fase de diseño para verificar
  • Restricciones de velocidad si la resonancia es inevitable

Importancia práctica

La mayoría de las vibraciones de la maquinaria son forzadas.

  • Desequilibrio, desalineación, engranaje: todo ello es vibración forzada.
  • Predecible y controlable mediante la reducción forzada
  • Las acciones de mantenimiento estándar (equilibrio, alineación) abordan el forzamiento.

Enfoque diagnóstico

  • Identificar la frecuencia de excitación a partir del espectro
  • Coincidir con fuentes de forzamiento conocidas (1×, 2×, engranaje, etc.).
  • Diagnosticar la fuente de forzamiento
  • Reduzca la necesidad de forzar mediante un mantenimiento adecuado.

La vibración forzada es el tipo fundamental de vibración en la maquinaria rotativa, originada por fuerzas periódicas externas que actúan sobre el sistema. Comprender los principios de la vibración forzada —acoplamiento de frecuencia, proporcionalidad de amplitud y características de respuesta— permite diagnosticar correctamente las fuentes de vibración, aplicar las medidas correctivas adecuadas (reduciendo la fuerza aplicada o modificando la respuesta) y diseñar estrategias que minimicen la vibración mediante la reducción de la fuerza aplicada y la prevención de la resonancia.

← Volver al índice principal

Categorías:
WhatsApp