La reproducción de entornos de vibración en un contexto de laboratorio es crucial para garantizar que un producto sobrevivirá a las condiciones en el mundo real. No obstante, la reproducción de entornos de vibración no es sencilla. Frente a las alternativas en ensayos de vibración, los ensayos de vibración en varios ejes suponen un modo de acercar estas simulaciones a entornos de vibración reales.
¿Qué son los ensayos de vibración en varios ejes?
Se denomina ensayo de vibración en varios ejes a un test de ensayo complejo por el cual se ataca (o excita) a la muestra por más de un eje. Estas pruebas se realizan aplicando vibración de un solo eje a un artículo de prueba a lo largo de los ejes X, Y, Z del producto. Estas pruebas se realizan utilizando un agitador lineal y girando el producto de prueba al siguiente eje después de cada realización.
El ensayo de tres ejes reduce los tiempos de prueba tradicionales en dos tercios y duplica los entornos de vibración del mundo real.
Las pruebas automáticas de varios ejes se realizan mediante la replicación de datos de campo o un perfil de vibración aleatoria basado en el análisis de datos de campo con cierta compresión de tiempo.
Tradicionalmente, el ensayo de vibración aplica sistemas de un solo eje, utilizando un sistema de vibración vibratoria lineal, testeando en una dirección, para posteriormente girar la muestra y ensayarla en otra dirección.
Así, algunos ejemplos de test de eje simple incluyen:
- Tests de compresión/tensión (ensayos estáticos)
- Test de vibración vertical (ensayos dinámicos)
- Test de vibración de suspensiones en automoción. En este caso, el test utiliza 4 vibradores, pero todos vibran en el mismo eje, el vertical.
No obstante, la investigación en este ámbito ha probado que los entornos reales de vibración se caracterizan por movimientos de múltiples ejes. Nace así el ensayo de vibración de varios ejes en busca de simulaciones capaces de replicar las condiciones reales a las que deberá enfrentarse un producto.
Este ensayo ataca la muestra por varias direcciones. Supone así un tipo de test más complejo, tanto por el número de elementos implicados como de los ejes de excitación. Por supuesto, se trata de ensayos mucho más efectivos a la hora de realizar simulaciones más realistas y obtener resultados más cercanos a la realidad.
Algunos ejemplos de ensayos de vibración en varios ejes incluyen:
- Máquina de vibración en varios ejes:
- Sistema de vibración vertical + pitch & Roll
- Sistema de vibración vertical y horizontal
Kevin McIntosh y Manuel García- Romeu realizando una prueba de aceptación en fábrica (FAT) de un nuevo sistema de vibración vertical innWave antes de enviarlo a las instalaciones del cliente.
- Máquinas de ensayos de fatiga en automoción, a través de bancos de ensayo multi ejes para automoción (para test de asientos, cinturones, suspensiones…)
- Máquina de ensayos estructurales que miden resistencia, simuladores de sismos…
- Bancos de ensayo en aviación.
Tipos de ensayos de vibración en varios ejes
Aplicado al entorno de transporte y la simulación para sistemas producto + packaging, destacan dos tipos de ensayos de vibración multi-eje:
Prueba de tres ejes
En este caso, se emplean tres shakers que permiten hacer vibrar la muestra en los ejes X, Y y Z de forma simultánea, utilizando vibraciones aleatorias.
Se trata de un tipo ensayo de vibración de varios ejes más realista que la vibración en sistemas de un solo eje y principalmente se utiliza para el ensayo de componentes o sistemas secundarios.
Seis grados de libertad
El sistema seis grados de libertad o 6-DoF en inglés, incorpora las tres direcciones de movimiento rotacionales (cabeceo, balanceo y guiñada) a la prueba de tres ejes (X, Y, Z).
Permite así diversas configuraciones, acercándose más a la realidad del movimiento en entornos de vibración reales.
Retos en los ensayos de vibración en varios ejes
La realización de ensayos de vibración de varios ejes supone un proceso complejo en el que pueden ocurrir incidencias. Entre éstas, destacan:
- Acoplamiento de los vibradores, cuando el movimiento de uno acaba por afectar a los otros.
- La colocación inadecuada de acelerómetros puede distorsionar los resultados si no se minimizan las resonancias.
- Posibles resonancias, más difícilmente controlables en una simulación que utilice sistemas de múltiples ejes.
Para evitar estos problemas, será esencial contar con sistemas de vibración fiables junto a equipos humanos con la experiencia necesaria en esta área.
Beneficios de los ensayos de vibración en varios ejes frente a los sistemas de un solo eje
Los ensayos de vibración de varios ejes son utilizados en un gran abanico de sectores, incluyendo embalaje, transporte, automoción, aeronáutica, seguridad, ensayos estructurales, ensayos sísmicos…
Sus ventajas frente a los sistemas de un solo eje pueden resumirse en dos:
1. Reducción del tiempo de testeo
Su principal beneficio es que permite a las empresas obtener resultados de varios ensayos individuales combinados en un solo ensayo. De este modo, acorta los tiempos necesarios para el testeo de productos y verificación.
Así, se calcula que un sistema de varios ejes permite reducir el tiempo de testeo en un tercio al utilizar los tres ejes de forma simultánea, según publica IMV Global.
2. Mejora en la fiabilidad de resultados
La realidad responde a movimientos de múltiples ejes, por lo que el ensayo de vibración en varios ejes es la simulación más certera para simular entornos de vibración más reales.
La literatura científica al respecto citada por ISTA corrobora la afirmación de que los ensayos de vibración de varios ejes simulan mejor los entornos de vibración reales: Batt (2010) afirma que el eje vertical no siempre es el principal contribuidor al movimiento general de un vehículo; Rouillard (2013) prueba que los movimientos de pitch & roll pueden ser igual de dañinos que las vibraciones verticales; y Shires (2014) atestigua que que los ensayos de vibración de varios ejes pueden generar respuestas que no son previsibles con el uso de sistemas de un solo eje.
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Referencias:
- Batt, G., 2010, “Use of Simultaneous Three Axis Vibration in Simulating the Transport Environment”, Presented at ISTA International Transport Packaging Forum.
- Rouillard, V., 2013, “Some Observations On The Heave, Pitch, and Roll Vibration of Road Transport Vehicles”, Presented at ISTA TransPack Forum.
- Shires, D., 2014, “Methodologies For Vibration Testing Packaged-Products”, Available from International Safe Transit Association, East Lansing, MI, USA.
