Frecuencia natural en ventiladores

       

Frecuencia natural en ventiladores

FrecuenciaLa frecuencia natural presenta un carácter muy diferente a las demás frecuencias que pueden afectar a un ventilador, debido a que depende de las características estructurales del equipo, su masa, su rigidez y su amortiguación, incluyendo  los  soportes  y  tuberías  adjuntas a ella. No depende de la operación de la máquina, a no ser que la rigidez sea función de la velocidad.

Si la frecuencia natural del equipo es excitada por un agente externo, la amplitud de vibración de la máquina se incrementará enormemente causando perjuicios que a corto o mediano plazo pueden llegar a ser catastróficos. Esto es lo que se conoce con  el  nombre   de  resonancia. 

La resonancia es un estado de operación en el que una frecuencia de excitación se encuentra cerca de una frecuencia natural de la estructura de la máquina. Una frecuencia natural es una frecuencia a la que una estructura vibrará si uno la desvía y después la suelta. Una estructura típica tendrá muchas frecuencias naturales. Cuando ocurre la resonancia, los niveles de vibración que resultan pueden ser muy altos y pueden causar daños muy rápidamente

Cuando  una  resonancia es detectada, es necesario identificar el agente externo que la está produciendo e inmediatamente debe aislarse estructuralmente  o  cambiar la velocidad   de operación. Cuando un  motor gira a una velocidad cercana a la frecuencia natural de su estructura soporte, se incrementa  abruptamente los  niveles  de vibración del equipo.

En una máquina que produce un espectro ancho de energía de vibración, la resonancia se podrá ver en el espectro, como un pico constante aunque varíe la velocidad de la máquina.

El pico puede ser agudo o puede ser ancho, dependiendo de la cantidad de amortiguación que tenga la estructura en la frecuencia en cuestión. Bajo ninguna circunstancia se debe opera una máquina a la frecuencia de resonancia

 Para determinar si una maquina tiene resonancias prominentes se puede llevar a cabo una o varias pruebas con el fin de encontrarlas:

La prueba del Impacto. Se pega a la máquina con una masa pesada, si hay una resonancia, la vibración de la máquina ocurrirá a la frecuencia natural, mientras que ella se está extinguiendo.

El arranque y rodamiento libre. Se pone en marcha  y se apaga el equipo, mientras que se toman datos de vibración. La forma de onda de tiempo indicará un máximo, cuando las RPM igualan las frecuencias naturales.

La prueba en un equipo cuya velocidad se puede variar en un rango ancho, se realiza variando la velocidad, mientras que se están tomando datos de vibración. La interpretación de los datos se hace análogamente a la prueba anterior descrita. 

  

 

 

 

 

Fabricantes de ventiladores naturales

 

 

 

Si la frecuencia forzada por un golpe en el equipo inferior a la frecuencia natural, el sistema se comporta como un resorte y el desplazamiento está proporcional a la fuerza, la combinación amortiguador-masa del equipo hace que el sistema se comporte de acuerdo con un funcionamiento lógico, reaccionando con un movimiento más amplio cuando se le aplica una fuerza más grande, y el movimiento está en fase con la fuerza.

 

En el área arriba de la frecuencia natural, la situación es diferente. La masa es el elemento que controla la vibración. El sistema parece una masa a la que se le aplica una fuerza con lo que se produce una  aceleración proporcional a la fuerza aplicada siendo su desplazamiento  relativamente constante con la frecuencia. Cuando se empuja al sistema, este reacciona hacia la zona de empuje  y vice versa.

 

Si la frecuencia forzada por un golpe en el equipo inferior a la frecuencia natural, el sistema se comporta como un resorte y el desplazamiento está proporcional a la fuerza, la combinación amortiguador-masa del equipo hace que el sistema se comporte de acuerdo con un funcionamiento lógico, reaccionando con un movimiento más amplio cuando se le aplica una fuerza más grande, y el movimiento está en fase con la fuerza.

En el área arriba de la frecuencia natural, la situación es diferente. La masa es el elemento que controla la vibración. El sistema parece una masa a la que se le aplica una fuerza con lo que se produce una  aceleración proporcional a la fuerza aplicada siendo su desplazamiento  relativamente constante con la frecuencia. Cuando se empuja al sistema, este reacciona hacia la zona de empuje  y vice versa.

 

En zona de resonancia, el sistema se comporta totalmente diferente en presencia de una fuerza aplicada, los elementos amortiguador/resorte y masa se cancelan el uno al otro, y la fuerza solamente ve la amortiguación o la fricción en el sistema.

Cuando se actúa en zona de resonancia la amplitud de la vibración se incrementa hasta valores muy altos, dado que es la amortiguación quien controla el movimiento de un sistema resonante a su frecuencia natural.

En el caso de las turbinas de los ventiladores, las frecuencias naturales se llaman "frecuencias críticas" o "velocidades críticas" y se debe cuidar que estas máquinas no operen a velocidades donde 1x o 2x corresponde a esas frecuencias críticas.

Caso Resonancia en ventilador centrífugo

Un ejemplo típico en la ventilación industrial es un cambio en la estructura donde asienta.

Antecedente:

Ventilador centrífugo montado sobre bastidor y accionado mediante transmisión poleas.

Este ventilador está situado en la instalación de secadero de producto químico y funcionando en continuo durante un tiempo superior a 10 años. Está dotado para su arranque de variador de frecuencia

 

Tras una labor de mantenimiento y adecuación a legislación vigente se realiza un cambio de motor a uno de igual potencia y revolución.

 

A la puesta en marcha el equipo empieza a vibrar bruscamente en torno a los 34 Hz por lo que se realiza comprobación y verificación no apareciendo causa mecánica, dinámica o eléctrica que nos indique el motivo de dicha situación.

 

Realizado un examen completo de la instalación se comprueba que el ventilador  y el motor que lo acciona se encuentran en bastidores diferentes unidos por pletinas. El motor nuevo es de carcasa de aluminio y el anterior de carcasa de fundición por lo que el peso del motor actual es menor que el existente hasta ese momento.

 

Esa diferencia de peso en su estructura no solidaria con la estructura soporte del ventilador hizo que se transmitiese una vibración que influía sobre la frecuencia natural del ventilador.

 

Se soluciono aumentado el peso sobre la estructura soporte del motor modificando la frecuencia de vibración que se transmitía al ventilador.

 

Publicado el 29/7/2022

       

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