Existen varias metodologías y técnicas que pueden utilizarse para efectuar pruebas de vibración. La elección de una u otra depende de los resultados esperados luego de efectuar estas pruebas sobre tus productos o cargas unitarias. Sin embargo, la mayoría de las pruebas de vibración en la industria entran dentro de dos categorías: pruebas de vibración aleatoria y pruebas de vibración sinusoidal. Sigue leyendo para descubrir las diferencias entre la prueba de vibración aleatoria vs. prueba de vibración sinusoidal.

Todos los productos o cargas unitarias que son sujetos a pruebas tienen elementos esenciales que pueden resonar y, por lo tanto, ser dañados por las vibraciones. Esto sucede si la frecuencia de la prueba de vibración iguala a la frecuencia natural de dicho elemento esencial durante un intervalo de tiempo en particular.

Uno de los principales objetivos de la prueba de vibración es, en primer lugar, detectar estas frecuencias naturales con el fin de evaluar la resistencia del componente cuando la frecuencia de la prueba de vibración iguala a la frecuencia natural del componente.

El análisis, detección y resistencia a las vibraciones pueden determinarse efectuando tanto una prueba de vibración sinusoidal como una prueba de vibración aleatoria.

¿Qué es la prueba de vibración aleatoria?

La prueba de vibración aleatoria es un tipo de prueba que consiste en una onda variable en la cual su nivel de energía se define según una densidad espectral de potencia (generalmente abreviada “PSD” por sus siglas en inglés), donde las vibraciones sinusoidales ocurren de manera simultánea a distintas frecuencias a lo largo de un rango de frecuencias específico.

Todas las frecuencias dentro del rango de frecuencias específico de la prueba de vibración aleatoria se producen a un cierto nivel de energía. Esto, a su vez, implica que todos los componentes esenciales del producto o carga unitaria que está siendo evaluada que tienen sus frecuencias naturales dentro del rango de frecuencia específico de la PSD resuenan al mismo tiempo.

Esta resonancia puede ser detectada de varias formas. Por ejemplo, es posible colocar acelerómetros en el producto para detectar componentes críticos, o evaluar la resistencia a la fatiga de todos los componentes esenciales del producto al mismo tiempo durante cierto tiempo de prueba.

¿Qué es la prueba de vibración sinusoidal?

La prueba de vibración sinusoidal genera una onda sinusoidal con cierto nivel de amplitud de aceleración y desplazamiento, con una determinada frecuencia. Durante la prueba de vibración sinusoidal, los niveles de amplitud y frecuencia pueden ser modificados o mantenidos de manera constante.

Cuando la frecuencia de la vibración se mantiene constante, la amplitud de la aceleración o la amplitud del desplazamiento pueden mantenerse constantes o modificarse con el fin de variar el nivel de energía de la prueba.

Esto se conoce como la Prueba de Vibración “Sine-Dwell” (Sinusoidal-Constante), en la cual un componente esencial que iguala la frecuencia de la prueba de vibración es sujeto a una resonancia durante un período de tiempo de manera de evaluar su resistencia a la fatiga.

Cuando la frecuencia de la vibración se modifica, la amplitud de la aceleración y el desplazamiento pueden modificarse, generalmente manteniendo la misma amplitud constante de la aceleración, lo que hace que la amplitud del desplazamiento cambie con respecto al cambio de frecuencia.

También es posible mantener la amplitud del desplazamiento, lo que hace que la amplitud de la aceleración cambie con respecto al cambio de frecuencia.

Esto es lo que se conoce como Prueba de Seno Barrido a aceleración constante o Prueba de Seno Barrido a desplazamiento constante. En este caso, un producto es sujeto a una frecuencia de vibración sinusoidal creciente/decreciente con el fin de detectar frecuencias naturales de componentes esenciales del producto o la carga unitaria que está siendo evaluada.

Otro parámetro a tener en cuenta para la prueba de seno barrido es la velocidad del cambio de frecuencia, que generalmente se define como octavas/min.

¿Qué es la prueba de vibración sinusoidal sobre vibración aleatoria?

La prueba de vibración sinusoidal sobre vibración aleatoria es un método de prueba en el cual se realizan tanto vibraciones sinusoidales como aleatorias al mismo tiempo, con el fin de simular entornos del ciclo de vida en los cuales ambas fuerzas están presentes.

En este caso, las vibraciones aleatorias pueden ser menos dominantes que las sinusoidales, pero hay otras instancias en las cuales sucede lo opuesto. Las vibraciones sinusoidales en la prueba de vibración aleatoria pueden ser una o varias ondas sinusoidales a frecuencia constante y diferentes amplitudes de aceleración, o incluso un barrido sinusoidal dentro de una banda de frecuencia limitada.

Prueba de vibración aleatoria vs. prueba de vibración sinusoidal: cómo elegir una u otra

Como hemos visto, la prueba de vibración sinusoidal es útil principalmente para determinar los componentes esenciales que resuenan en el producto o carga unitaria que está siendo evaluada.

Esto ayuda a los ingenieros y equipos de desarrollo de producto a efectuar un análisis de vibraciones con el fin de comprender la forma en la que las vibraciones mecánicas se propagan a través de un componente del producto o carga unitaria. Siendo así, pueden hacer cambiar a estos elementos críticos, haciéndolos más rígidos o agregando materiales de amortiguación que reduzcan las probabilidades de sufrir daños por fatiga.

Pero la prueba de vibración sinusoidal también puede ser utilizada para simular el desgaste por fatiga de un producto o carga unitaria a lo largo de su vida útil. Para esto, puede hacerse una prueba de seno barrido que cubra todos los rangos de frecuencia medidos para la distribución y el ciclo de vida durante un tiempo de prueba determinado a una amplitud más alta.

Dicho esto, si el objetivo es someter al producto al desgaste por fatiga más dañino posible, puede efectuarse una prueba “sine-dwell” que iguale la frecuencia natural del peor componente esencial detectado, sometiendo al producto o carga unitaria a los desplazamientos y aceleraciones más altos posibles.

Dado que los entornos de vibración en los cuales se ubican o distribuyen los productos o cargas unitarias se caracterizan principalmente por tener vibraciones aleatorias, la prueba de vibración aleatoria es el método más utilizado para validar el desempeño de un producto o carga unitaria que es sometida a vibraciones durante su ciclo de vida.

Los perfiles PSD y niveles de energía publicados en artículos de investigación, o aquellos que se encuentran en los estándares, pueden ser utilizados para efectuar la prueba de vibración aleatoria. Sin embargo, es sabido que esas PSD no siempre producen resultados que tengan correlación con el desempeño en condiciones reales.

Para mejorar dicha correlación, la forma más efectiva es utilizar primero la PSD obtenida en base a mediciones reales del entorno específico del producto o carga unitaria a evaluar. Luego, pueden utilizarse otras técnicas para mejorar las pruebas de vibración aleatoria, teniendo en cuenta el “carácter” fundamental de la vibración aleatoria en el mundo real: las vibraciones en el mundo real son no gaussianas, no estáticas, no son aisladas, sino que se superponen con impactos o sinusoides, y se presentan en diferentes direcciones.

Con el fin de simular estos eventos y vibraciones del mundo real, ha llegado una nueva era de equipos para realizar pruebas de vibración. Los sistemas como ser el equipo de Vibración Vertical + Pitch & Roll pueden llevar a cabo simulaciones que son más cercanas a las condiciones reales en el entorno de distribución.

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