¿Qué es la rigidez de la base? Dinámica estructural • 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 rigidez de la base? Dinámica estructural • 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 rigidez de los cimientos? Dinámica estructural

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Comprender la rigidez de los cimientos

Definición: ¿Qué es la rigidez de la cimentación?

Rigidez de la base La resistencia a la flexión de la estructura de soporte de una máquina (incluyendo la placa base, la cimentación de hormigón, los pedestales y el suelo) se mide por la fuerza que experimenta la cimentación al someterse a fuerzas estáticas o dinámicas. Se cuantifica como fuerza por unidad de flexión (normalmente expresada en N/mm, lbf/in o N/m) y representa la magnitud de la flexión de la cimentación al aplicarse las cargas de la maquinaria rotativa.

La rigidez de la base es un parámetro crítico en dinámica del rotor porque forma parte de la rigidez total del sistema que determina velocidades críticas, vibración amplitudes y respuesta dinámica. Una rigidez de cimentación inadecuada puede reducir las velocidades críticas al rango de operación, amplificar la vibración, causar problemas de alineación y comprometer la fiabilidad del equipo.

Por qué importa la rigidez de los cimientos

Efecto sobre las velocidades críticas

La rigidez de la base afecta directamente al sistema. frecuencias naturales:

  • Rigidez total del sistema = combinación en serie de las rigideces del rotor, los cojinetes y la base
  • Una base blanda reduce la rigidez total, disminuyendo las velocidades críticas.
  • Puede desplazar velocidades críticas desde zonas seguras hasta el rango operativo.
  • La velocidad crítica es proporcional a la raíz cuadrada de la rigidez total, por lo que los cimientos blandos tienen un impacto significativo.

Control de amplitud de vibración

  • En resonancia: En general, las bases más rígidas producen amplitudes de vibración máximas más bajas.
  • Por debajo de la resonancia: Los cimientos muy rígidos pueden aumentar la vibración transmitida (sin aislamiento).
  • Diseño óptimo: Equilibrio entre rigidez y aislamiento en función del rango de frecuencia

Estabilidad de alineación

  • Las bases flexibles permiten que el equipo se desplace bajo cargas operativas.
  • La dilatación térmica de la maquinaria puede deformar los cimientos flexibles.
  • Precisión alineación difícil de mantener sobre cimientos blandos
  • La deflexión de la cimentación debido a las cargas del proceso (fuerzas de las tuberías) afecta la alineación.

Componentes que contribuyen a la rigidez de la cimentación

1. Bloque de cimentación de hormigón

  • Rigidez del material: Módulo de elasticidad del hormigón (~25-40 GPa)
  • Geometría: El grosor, el ancho y el refuerzo afectan la rigidez general.
  • Masa: Una mayor masa generalmente viene acompañada de una estructura más rígida.
  • Condición: Las grietas y el deterioro reducen significativamente la rigidez.

2. Soporte del suelo/terreno

  • El suelo bajo los cimientos proporciona soporte elástico.
  • La rigidez del suelo varía enormemente (arcilla blanda: 10 N/mm³; roca: más de 1000 N/mm³).
  • A menudo, el elemento más blando de la cadena de soporte.
  • Puede dominar la rigidez total del sistema en condiciones de suelo pobres.

3. Placa base de la máquina

  • Estructura de acero o hierro fundido
  • Conecta el equipo a la base de hormigón.
  • El grosor, el acanalado y el diseño afectan a la rigidez.
  • Debe estar adecuadamente rejuntado a los cimientos.

4. Pedestales y soportes

  • pedestales de apoyo Conexión de los cojinetes a la placa base
  • Estructuras de columnas o ménsulas
  • Puede ofrecer una flexibilidad significativa en pedestales altos o delgados.

5. Capa de lechada

  • Rellena el hueco entre la placa base y el hormigón.
  • Un rejuntado adecuado es fundamental para la rigidez.
  • La lechada deteriorada o faltante crea zonas blandas.
  • La rigidez típica del mortero es menor que la del hormigón o el acero.

Medición y evaluación

Pruebas de rigidez estática

  • Método: Aplicar una fuerza conocida, medir la deflexión
  • Cálculo: k = F / δ (fuerza dividida por deflexión)
  • Prueba típica: Gato hidráulico que aplica carga a la placa base
  • Medición: indicadores de cuadrante o sensores de desplazamiento

Rigidez dinámica (ensayo modal)

  • Pruebas de impacto con martillo instrumentado
  • Función de respuesta en frecuencia de medición
  • Extraer parámetros modales (frecuencias naturales, formas modales, rigidez)
  • Más representativo de las condiciones reales de funcionamiento

Evaluación operativa

  • Compare la vibración en el cojinete con la vibración en la base.
  • Una alta transmisibilidad indica una base sólida.
  • La baja transmisibilidad sugiere flexibilidad o aislamiento de los cimientos.
  • Diagramas de Bode Desde el arranque/parada se revelan los modos básicos

Requisitos de diseño

Directrices generales

  • Estándares de API: La frecuencia natural de la base debe ser > 2 × la velocidad máxima de la máquina
  • Alternativa: Frecuencia natural fundamental < 0,5× velocidad mínima de la máquina (cimentación aislada)
  • Evitar: Resonancias de la base entre 0,5 y 2,0 veces la velocidad de funcionamiento
  • Objetivo: Rigidez de la base > 10 veces la rigidez del apoyo para una influencia mínima

Requisitos específicos del equipo

  • Turbinas: Cimentaciones muy rígidas (masa de hormigón de 3 a 5 veces la masa del rotor)
  • Compresores alternativos: Cimientos macizos para absorber cargas pulsantes
  • Máquinas de alta velocidad: Rígido para mantener la separación de velocidad crítica
  • Equipo de precisión: Extremadamente rígido para evitar la deriva de alineación

Problemas derivados de una rigidez inadecuada

Velocidades críticas reducidas

  • Las velocidades críticas caen al rango operativo
  • Vibraciones elevadas a velocidades que deberían ser seguras
  • Puede impedir alcanzar la velocidad de funcionamiento de diseño.
  • Requiere refuerzo de los cimientos o limitación de velocidad.

Vibración excesiva

  • El movimiento de los cimientos amplifica la vibración general.
  • Resonancia de la estructura de la base
  • Vibración transmitida a los equipos adyacentes
  • Daños estructurales por flexión repetida

Inestabilidad de alineación

  • Los equipos se desplazan sobre una base flexible.
  • Pérdida de alineación tras el trabajo de precisión inicial
  • Efectos del crecimiento térmico magnificados
  • Los cambios en la carga del proceso provocan variaciones en la alineación.

Métodos de mejora

Mejora de la cimentación de hormigón

  • Añadir masa: Aumentar el tamaño/grosor de la base
  • Reforzarse: Añadir refuerzo de acero o postensado
  • Reparar grietas: Inyección de epoxi o reparación de hormigón
  • Extenderse hasta la roca madre: Pilotes o cajones hasta alcanzar capas de suelo competentes

Refuerzo de la placa base

  • Añadir refuerzos o nervios a la estructura
  • Aumentar el grosor de la placa base
  • Mejora la cobertura y la calidad del rejuntado
  • Añadir refuerzos entre los pedestales

Mejora del suelo

  • Estabilización o inyección de lechada del suelo
  • Cimentaciones profundas (pilotes) que evitan suelos pobres
  • Compactación o densificación
  • Consultoría de ingeniería geotécnica para problemas importantes

Alojamientos operativos

  • Modificación de velocidad: Operar lejos de las resonancias fundamentales
  • Aislamiento de vibraciones: Añada aisladores para desacoplar la máquina de los cimientos.
  • Equilibrio: Tolerancias de equilibrio más estrictas para reducir la excitación
  • Mojadura: Añadir tratamientos de amortiguación a la estructura de los cimientos

Mejores prácticas de diseño de cimientos

Nuevas instalaciones

  • Realizar una investigación geotécnica de las condiciones del suelo
  • Calcular la masa y geometría necesarias de la cimentación
  • Incluir análisis dinámico (frecuencias naturales, respuesta al desequilibrio).
  • Diseño para una rigidez y masa adecuadas
  • Proporcionar aislamiento de las estructuras adyacentes
  • Incluir disposiciones para el rejuntado y la alineación

Evaluación de los cimientos existentes

  • Mida la vibración en la base y compárela con la vibración del cojinete.
  • Realizar pruebas modales para identificar las frecuencias naturales fundamentales
  • Compruebe si hay grietas, deterioro o asentamiento.
  • Verificar la integridad del mortero debajo de las placas base
  • Comparar las especificaciones reales con las de diseño

La rigidez de la base suele pasarse por alto, pero es un parámetro fundamental que afecta al rendimiento de la maquinaria rotativa. Una rigidez adecuada de la base garantiza una correcta separación de velocidades críticas, mantiene la estabilidad de la alineación y evita problemas de resonancia, mientras que una rigidez insuficiente puede provocar que un equipo que, de otro modo, funcionaría bien, tenga un rendimiento deficiente y poco fiable.

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