Vibraciones Mecánicas Fenómeno de Batimiento o Beat

El batimiento en vibraciones, también conocido como pulsación, es un fenómeno que ocurre cuando dos ondas de frecuencias similares se superponen, creando una variación periódica en la amplitud de la onda resultante. Cuando estas ondas están en fase la amplitud será el doble; por el contrario, cuando están en su máximo desfase estas se restan.

Beat, analogía musical. Si alguna vez has escuchado a dos guitarristas tratando de afinar la misma cuerda y escuchas un uua uua uua que se acelera o desacelera, estás escuchando beats. Cuando el uua uua desaparece, las frecuencias son idénticas y están perfectamente afinadas.

Hallazgo potencial

Incremento de la vibración en cabezal de centrífuga con velocidad de 1440 CPM, acoplado por poleas de relación 1,2:1 a motor eléctrico de inducción de 150 HP con velocidad asíncrona de 1750 CPM, instaladas en un tándem de 6 máquinas con velocidad de operación y capacidades similares.

Relatoría

Durante el seguimiento de los valores de vibración en cabezal de centrífuga, se observan valores fuera de parámetro, con espectros mostrando posible soltura estructural en soportes del cabezal y del motor. Se han presentado daños significativos en cajas y eje del motor, y se han realizado reforzamientos de la base sin lograr disminuir los valores de vibración por mucho tiempo.

En espectro de vibración referente al cabezal de máquina centrífuga, se observa la presencia de dos frecuencias, la de mayor amplitud de 24 Hz correspondiente a la de rotación de la canasta de centrífuga (1440 CPM), y la otra de 20 Hz la cual no se tiene con certeza del origen de su presencia en el espectro, ya que no hay ningún equipo periférico que tenga esa velocidad de operación a lo cual se tiene la sospecha de que pertenezca a alguna frecuencia natural de vibración estructural.

Fenómeno de batimiento (beat)

Frecuencia natural. La frecuencia natural es el ritmo al que un objeto prefiere vibrar cuando lo golpeas o lo sacudes una vez y lo dejas libre. Cada material tiene una frecuencia natural específica la cual depende de la relación que existe entre su masa y su rigidez.

El batimiento en vibraciones, también conocido como pulsación, es un fenómeno que ocurre cuando dos ondas de frecuencias similares se superponen, creando una variación periódica en la amplitud de la onda resultante. Cuando estas ondas están en fase la amplitud será el doble; por el contrario, cuando están en su máximo desfase estas se restan.

La vibración vista desde el dominio del tiempo se observa como la amplitud de la vibración es restada al inicio de cada pulso, y amplificada en el periodo que se suma, comportamiento típico de batimiento.

Aun con la máquina fuera de operación, la vibración detectada confirma la transmisión de vibraciones provenientes de otras fuentes a través de la estructura. La presencia de pulsaciones con intervalos variables sugiere la interacción vibratoria de múltiples fuentes excitadoras.

Uno de los picos principales detectados se asemeja a la frecuencia de operación reportada previamente para los equipos centrífugos de la línea tándem (24 Hz, 1440 rpm). Respecto a la frecuencia de 20 Hz, si no existen equipos operando en ese rango, cabe la posibilidad de que se esté excitando un modo fundamental de vibrar de la estructura.

Se considera que existe una interacción entre la frecuencia de excitación mecánica (centrífugas) y una frecuencia natural propia de la estructura metálica, generándose una condición de resonancia estructural. Normalmente, esto provocaría:

• Aumento local de vibración.

• Pulsaciones visibles en la forma de onda.

• Vibración estructural detectada incluso con la máquina en paro.

Se proponen varios escenarios para afrontar este comportamiento. Inicialmente revisar la integridad de los aisladores del cabezal: el cabezal se soporta sobre un trípode con aisladores de material flexible. Cabe mencionar que la máquina es clasificada como flexible, al pasar por su velocidad crítica a 950 CPM aproximadamente.

Balanceo del cabezal será importante, ya que la amplificación de las frecuencias naturales del sistema es excitada si la masa residual permisible no está dentro de lo sugerido.

Reforzamiento de la estructura y soportes de la máquina: con ello se intenta regresar a la rigidez inicial de la estructura, ya que se observa material metálico dañado por efecto de la corrosión por humedad (vapor) y corrosión por contacto de material ácido (mieles y masas de azúcar).

La dinámica de estructura nos aporta que, al aumentar la rigidez de un sistema, tendremos como resultado el incremento de la frecuencia natural; por el contrario un incremento de masa provocará en el sistema que la frecuencia natural disminuya.

En una máquina con soltura, al no haber rigidez que detenga el movimiento, la misma cantidad de desequilibrio produce una amplitud de vibración mucho mayor. Tras la sospecha de soltura estructural de la soportería de la centrífuga, se recomienda revisar uniones y soldaduras que permitan dar rigidez al envolvente de la centrífuga; se desmontan para su revisión.

Después de las correcciones realizadas, los valores de vibración disminuyen; además ya no se percibe el efecto de beat, donde la frecuencia de 20 Hz no es percibida en el cabezal de la centrífuga, mejorando la operación.

La tendencia posterior de la máquina conserva valores aceptables, manteniendo su función principal de manera segura.

Referencias bibliográficas

• Cabrera, R. (s.f.-a). Batidos o pulsaciones. No me salen. https://ricuti.com.ar/no_me_salen/ondas/Ap_ond_14.html

• Cabrera, R. (s.f.-b). Superposición de ondas 2. Batidos o pulsaciones [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=gvlp7Fv9NkM

• Technical Associates of Charlotte. (s.f.). Tablas ilustradas de diagnóstico de vibraciones (5.a ed. en español).