Comprensión de la vibración autoexcitada

1. Definición: ¿Qué es la vibración autoexcitada?

Vibración autoexcitada (también conocida como vibración autoinducida o inestable) es un tipo de vibración particularmente peligrosa en la que el movimiento de un sistema induce fuerzas que, a su vez, lo sostienen o amplifican. Esto crea un bucle de retroalimentación donde la vibración puede aumentar en amplitud, a veces hasta un nivel catastrófico, sin un aumento correspondiente en la frecuencia de una fuerza externa.

Esto es fundamentalmente diferente de una vibración forzada, como desequilibrar o desalineación, donde la vibración es una respuesta directa a una entrada periódica específica (la frecuencia de forzamiento). En un sistema autoexcitado, la vibración crea su propia fuerza impulsora.

2. El mecanismo del bucle de retroalimentación

El mecanismo de vibración autoexcitada se puede resumir de la siguiente manera:

1. Un sistema (por ejemplo, un rotor en un cojinete) está en movimiento.
2. Una pequeña perturbación aleatoria provoca un ligero desplazamiento o cambio en la velocidad.
3. Este cambio de movimiento altera las fuerzas que actúan sobre el sistema (por ejemplo, la presión del fluido en un cojinete o la fuerza de corte de una herramienta).
4. Fundamentalmente, esta fuerza alterada actúa de una manera que *añade energía* al sistema, empujando el componente más allá de la dirección en la que ya iba.
5. Este aumento de movimiento genera una fuerza aún mayor, que añade más energía, y así sucesivamente.

Este bucle de retroalimentación hace que la vibración crezca hasta que se ve limitada por no linealidades en el sistema (como al hacer un frenado brusco) o conduce a una falla.

3. Ejemplos comunes de vibración autoexcitada

Varios fenómenos bien conocidos en el diagnóstico de maquinaria son ejemplos clásicos de vibración autoexcitada:

• Remolino de aceite y látigo de aceite: Los ejemplos más comunes en maquinaria rotatoria. En un cojinete de película fluida, el eje giratorio crea una cuña de aceite. Una perturbación puede provocar que la propia cuña de aceite comience a girar (remolinar) alrededor del cojinete. La presión de esta cuña giratoria empuja el eje, lo que añade más energía al remolino. La vibración resultante no se produce a la velocidad de funcionamiento, sino a una frecuencia subsincrónica (normalmente de 0,42 a 0,48X). velocidad de carrera).
• Vibración en el mecanizado: En el corte de metales (torneado o fresado), la vibración se produce cuando la herramienta de corte comienza a vibrar. Esta vibración hace que varíe el grosor de la viruta que se corta. La variación del grosor de la viruta, a su vez, provoca una fluctuación en la fuerza de corte, y esta fuerza fluctuante puede devolver energía a la vibración de la herramienta, provocando una vibración violenta.
• Flutter aerodinámico: La vibración del ala de un avión, donde el movimiento de flexión y torsión modifica su perfil aerodinámico. Este cambio de perfil altera la presión del aire de tal manera que añade energía al movimiento del ala, lo que puede provocar una falla catastrófica si no se controla.
• Rozaduras del rotor: Una condición en la que un rotor entra en contacto con una pieza estacionaria. La fricción del roce puede calentar el rotor, provocando su curvatura. Esta curvatura aumenta la fuerza de roce, lo que a su vez incrementa el calor y la curvatura, creando un bucle de retroalimentación que puede provocar un agarrotamiento.

4. Características clave y diagnóstico

Las vibraciones autoexcitadas a menudo tienen características distintivas en el Espectro FFT:

• Frecuencias no sincrónicas: La vibración no suele ser un múltiplo entero ni un armónico de la velocidad de marcha. A menudo se produce a una subsincrónico frecuencia.
• Inestabilidad: La amplitud puede ser muy inestable y puede crecer rápidamente con pequeños cambios en las condiciones de operación (velocidad, temperatura, carga).
• Inicio repentino: La vibración puede no estar presente en absoluto hasta que la máquina cruce un determinado umbral de velocidad o carga, momento en el que puede aparecer de forma repentina y con gran amplitud.

Para diagnosticar la vibración autoexcitada es necesario identificar estos picos no sincrónicos característicos y comprender los mecanismos físicos que podrían estar causando dicha inestabilidad en la máquina específica.

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