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La prueba de vibración aleatoria es uno de los métodos primarios utilizados en la industria para realizar pruebas de vibración, junto con la prueba de vibración sinusoidal. Estas pruebas varían significativamente en metodología y técnica, siendo la elección en gran medida dependiente de los resultados esperados o deseados del producto o de la prueba de carga unitaria.

Todos los productos o cargas unitarias a ser probadas tienen elementos críticos que pueden resonar y por lo tanto ser dañados por vibraciones. Este evento ocurre si la frecuencia de la prueba de vibración coincide con la frecuencia natural de ese elemento crítico durante un intervalo de tiempo particular.

Uno de los principales propósitos de las pruebas de vibración es detectar esas frecuencias naturales en primer lugar, con el fin de evaluar la resistencia del elemento cuando la frecuencia de la prueba de vibración es la misma que la frecuencia natural del elemento.

El análisis de vibración, la detección y la resistencia pueden determinarse realizando 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 forma de onda variable cuyo nivel de energía está definido por una Densidad Espectral de Potencia (generalmente llamada PSD), donde las vibraciones sinusoidales ocurren simultáneamente en diversas frecuencias a lo largo de un rango de frecuencia específico.

Todas las frecuencias dentro del rango de frecuencia específico de la prueba de vibración aleatoria se reproducen con un cierto nivel de energía. Esto, a su vez, significa que todos los elementos críticos del producto o carga unitaria que se prueba y que tienen sus frecuencias naturales dentro del rango de frecuencia específico del PSD resuenan al mismo tiempo.

Esta resonancia puede detectarse de muchas maneras. Por ejemplo, es posible colocar acelerómetros en el producto para detectar elementos críticos, o evaluar la resistencia a la fatiga de todos los elementos críticos del producto al mismo tiempo durante una cierta duración de la prueba.

Random Vibration Testing vs Sine Vibration: which one best suits your needs?

¿Qué es la prueba de vibración sinusoidal?

La prueba de vibración sinusoidal produce una forma de onda de aceleración senoidal con un cierto nivel de amplitud de aceleración y desplazamiento con una frecuencia determinada. Durante la prueba de vibración sinusoidal, los niveles de amplitud y frecuencia pueden variarse o mantenerse constantes.

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

Esto se conoce como la Prueba de Permanencia Senoidal (Sine Dwell Test en inglés), donde un elemento crítico que coincide con la frecuencia de la prueba de vibración es sometido a resonancia durante un período de tiempo para evaluar su resistencia a la fatiga.

Cuando la frecuencia de la vibración cambia, 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 en relación con el cambio de la frecuencia.

También es posible mantener la amplitud del desplazamiento, lo que hace que la amplitud de la aceleración cambie en relación con el cambio de la frecuencia.

Esto se conoce como la Prueba de Barrido Senusoidal a aceleración constante o Prueba de Barrido Senusoidal a desplazamiento constante. En este caso, un producto es sometido a una vibración sinusoidal de frecuencia incremental/decremental para detectar las frecuencias naturales de elementos críticos del producto o carga unitaria que está siendo probada.

Otro parámetro a tener en cuenta para la prueba de barrido sinusoidal es la velocidad de cambio de frecuencia, que generalmente se define en octavas/minuto.

¿Qué es la vibración sinusoidal en la vibración aleatoria?

La prueba de vibración sinusoidal sobre la aleatoria es un modo de prueba en el que se realizan simultáneamente tanto vibraciones sinusoidales como aleatorias, con el fin de simular entornos de ciclo de vida donde ambas fuerzas están presentes.

En este caso, las vibraciones aleatorias pueden ser menos dominantes que las vibraciones sinusoidales, pero hay otras situaciones en las que lo contrario es cierto. Las vibraciones sinusoidales en la prueba de vibración aleatoria pueden ser una o varias ondas sinusoidales de frecuencias fijas y diferentes amplitudes de aceleración, o incluso barridos sinusoidales en una banda de frecuencia estrecha.

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Prueba de vibración aleatoria vs Vibración sinusoidal: cual elegir

Como hemos visto, la prueba de vibración sinusoidal es principalmente útil para determinar los elementos críticos que resuenan en el producto o carga unitaria que se va a probar.

Esto ayuda a los ingenieros y equipos de desarrollo de productos a realizar un análisis de vibración para comprender la forma en que las vibraciones mecánicas se propagan a través de un elemento del producto o carga unitaria. De esta manera, pueden aplicar cambios en estos elementos críticos, haciéndolos más rígidos o introduciendo materiales amortiguadores que pueden reducir la probabilidad de daños por fatiga.

Pero las pruebas sinusoidales también pueden utilizarse para simular el estrés por fatiga de un producto o carga unitaria durante su vida útil. Esto se puede hacer realizando una prueba de barrido senoidal que abarca todos los rangos de frecuencia medidos en la distribución y ciclo de vida durante una duración de prueba determinada y una amplitud más alta.

Sin embargo, si el propósito es someter el producto al estrés por fatiga más perjudicial, se puede realizar una prueba de permanencia senoidal que coincida con la frecuencia natural del peor elemento crítico detectado, sometiendo al producto o carga unitaria a los mayores desplazamientos y aceleraciones.

Dado que los entornos de vibración donde se distribuyen o colocan productos o cargas unitarias se caracterizan principalmente por vibraciones aleatorias, la prueba de vibración aleatoria es el método más utilizado para validar el rendimiento de un producto o carga unitaria que está sujeta a vibraciones durante su ciclo de vida.

Los perfiles de PSD (Power Spectral Density) y los niveles de energía publicados en artículos de investigación o los que se encuentran en las normas pueden ser utilizados para las pruebas de vibración aleatoria. Sin embargo, se ha reconocido que esos PSD no siempre producen resultados que se correlacionan con el rendimiento real en el campo.

Para mejorar esa correlación, la forma más efectiva es utilizar primero PSD obtenidos de mediciones reales del entorno particular del producto o carga unitaria a probar. Luego, se pueden utilizar 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 de la vida real no son gaussianas, no son estacionarias, no están aisladas sino que están superpuestas por impactos o senos, y se presentan en diferentes direcciones.

Para simular estos eventos y vibraciones de la vida real, ha surgido una nueva era de equipos de prueba de vibración. Sistemas como el Vertical Vibration + Pitch & Roll pueden realizar simulaciones que se asemejan más de cerca a las condiciones experimentadas en entornos de distribución de la vida real.

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Módulo Pitch & Roll

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