¿Qué es una Máquina de Ensayos de Vibraciones?
Una máquina de ensayo de vibraciones es un dispositivo utilizado para aplicar vibraciones a componentes o productos con el fin de evaluar su resistencia y características de respuesta ante las vibraciones.
Estas máquinas se utilizan para verificar posibles daños o fallas causadas por las vibraciones, así como para examinar las características de respuesta de los componentes. Las vibraciones pueden generar fatiga en un producto a lo largo del tiempo, por lo que las máquinas de ensayo de vibraciones son empleadas para garantizar su calidad.
El objetivo principal de estas máquinas es evaluar la resistencia a vibraciones de un producto mediante la aplicación de vibraciones sinusoidales o aleatorias. También se utilizan para medir la impedancia mecánica, que representa la respuesta de un sistema mecánico a las vibraciones, determinar frecuencias de resonancia y aplicar contramedidas de vibración.
Usos de las Máquinas de Ensayos de Vibraciones
Las máquinas de ensayo de vibraciones se utilizan para diferentes propósitos, entre ellos:
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Evaluación de la resistencia a las vibraciones de componentes y productos, así como el rendimiento demostrado en entornos vibracionales. Por ejemplo, se comprueba si piezas de automóviles y componentes electrónicos pueden soportar las vibraciones y mantener su funcionamiento adecuado.
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Comprobación de los efectos de las vibraciones en productos y sus embalajes durante el transporte. Esto es relevante para productos enviados, como electrodomésticos, equipos de oficina y alimentos.
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Evaluación de la resistencia de materiales de construcción y estructuras ante terremotos, incluyendo la eficacia de estructuras de aislamiento sísmico y control de vibraciones.
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Análisis de las características de vibración de álabes de turbinas y vibraciones de torsión en ejes de generadores de turbinas.
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Medición de la impedancia mecánica en bastidores de máquinas herramienta.
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Calibración de medidores de vibraciones y sismómetros, entre otros instrumentos.
Principio de las Máquinas de Ensayos de Vibraciones
Las máquinas de ensayos de vibraciones, también conocidas como comprobadores de vibraciones, se clasifican según su sistema de accionamiento en mecánicos, hidráulicos, electrodinámicos y servomotores, cada uno con un principio de funcionamiento distinto.
1. Máquinas de Ensayos de Vibraciones Mecánicas
Este sistema utiliza un motor como fuente de energía para convertir el movimiento de rotación en un movimiento alternativo. Aunque son más económicas que los sistemas hidráulicos y electrodinámicos, las máquinas de vibración mecánicas han sido reemplazadas en los últimos años debido a sus limitaciones en términos de controlabilidad.
2. Máquinas de Ensayos de Vibraciones Hidráulicas
Este sistema emplea la presión hidráulica de una bomba para generar vibraciones. Una válvula de control regula el flujo de líquido para producir el movimiento vibratorio. Es especialmente adecuado cuando se requiere baja frecuencia, desplazamientos largos y alta potencia. Se utilizan comúnmente para vibrar estructuras de gran tamaño, como edificios, sometidas a ondas sísmicas. La frecuencia de vibración oscila entre 1 y 300 Hz.
3. Máquinas de Ensayos de Vibraciones Electrocinéticas
Este método se basa en la fuerza de Lorentz que se genera cuando se aplica corriente eléctrica a un conductor en un campo magnético. Al pasar una corriente alterna por una bobina de accionamiento ubicada en un campo magnético, se genera un movimiento alternativo en respuesta a la corriente. La vibración del excitador es detectada por un sensor y transmitida al controlador, que mantiene la vibración en un valor predeterminado. Una característica distintiva de este método es su amplio rango de frecuencias de vibración, que puede llegar a frecuencias especialmente altas. La gama típica de frecuencias de vibración es de 5 a 3,000 Hz, aunque algunos excitadores más pequeños pueden alcanzar frecuencias más altas, de hasta 40,000 Hz.
4. Máquinas de Ensayos de Vibraciones Servomotores
Este método de ensayo de vibraciones utiliza un actuador lineal con servomotor, que combina un servomotor de corriente alterna con un husillo de bolas. La capacidad de carga de este tipo es inferior a la de los sistemas hidráulicos, y su rango de frecuencias es inferior al de los sistemas electrodinámicos. El rango de funcionamiento se encuentra entre los sistemas hidráulicos y electrodinámicos, con una frecuencia que varía desde 0.01 hasta 300 Hz.
Más Información sobre las Máquinas de Ensayos de Vibraciones
1. Tipos de Pruebas de Vibración
Existen diferentes tipos de pruebas de vibración que se utilizan en las máquinas de ensayos de vibraciones:
Prueba de Vibración Sinusoidal
En esta prueba, la vibración se repite en un período fijo. Hay dos métodos comunes: uno en el que la frecuencia y la amplitud de vibración se mantienen constantes, y otro en el que se varía la frecuencia mientras se ajusta la amplitud de acuerdo con la frecuencia de vibración. Esta prueba se utiliza principalmente para evaluar la resistencia a las vibraciones y también se puede emplear para comprobar la resonancia, la frecuencia de resonancia y las características de respuesta a la vibración de la muestra.
Prueba de Vibración de Onda Aleatoria
En esta prueba, la muestra se somete a una forma de onda de vibración aleatoria sin patrón fijo. Las condiciones de la prueba se especifican en términos de ancho de banda de frecuencia y densidad espectral de aceleración. Se realiza en tres direcciones: arriba, abajo, izquierda, derecha y atrás. Esta prueba proporciona una buena simulación de cómo los productos eléctricos y componentes electrónicos se comportan bajo las cargas de vibración en aplicaciones de transporte terrestre y aeroespacial. Es especialmente efectiva para detectar degradación del rendimiento y fallos mecánicos debido a la acumulación de tensiones, y ofrece resultados de ensayos más representativos del entorno real de uso.
Pruebas de Choque
Estas pruebas consisten en aplicar un impacto pulsante en forma de onda con una aceleración máxima y una duración de acción especificadas a la muestra. Estas pruebas evalúan la resistencia y las características de la muestra frente a situaciones de impacto y choque.
2.Tendencia hacia Máquinas de Ensayos de Vibraciones más Grandes y más Pequeñas
Por un lado, hay una tendencia hacia el desarrollo de máquinas de ensayos de vibraciones cada vez más grandes. Si bien en el pasado los productos eléctricos, componentes electrónicos y piezas de automoción han sido los principales objetos de ensayo, ahora se requieren equipos de ensayo más grandes para aplicaciones como embalajes de carga, piezas para vehículos ferroviarios, industria aeroespacial y construcción antisísmica. Además, la industria aeroespacial exige frecuencias de vibración más altas en comparación con los productos de consumo y automoción, lo que ha impulsado el desarrollo de equipos de ensayo que cumplan con estas especificaciones.
Por otro lado, también existe una creciente demanda de máquinas de ensayos de vibraciones más pequeñas. Un ejemplo son los comprobadores de vibraciones de sobremesa, que se utilizan para detectar fallos de soldadura en placas de circuito impreso, problemas de contacto en conectores y apriete inadecuado de tornillos y tuercas, entre otros. Además, se han desarrollado comprobadores de vibraciones portátiles que se utilizan para evaluar la resistencia a las vibraciones de equipos electrónicos y medir las características de respuesta a las vibraciones de puntos específicos.