Ensayos de vibración y validación

Ensayos de vibraciones y validación

Los ensayos de vibraciones condensan toda una vida útil de esfuerzos y desgaste en un corto espacio de tiempo para revelar puntos débiles ocultos en el diseño.

Los fabricantes necesitan garantizar que sus productos son capaces de resistir los impactos y esfuerzos a los que se verán sometidos a lo largo de su vida útil. Por ejemplo:

  • Un teléfono móvil debe resistir los vaivenes dentro de una mochila y varias caídas al suelo. Si no soporta ese uso cotidiano general, las reclamaciones contra la garantía se dispararían para el fabricante, con el consiguiente riesgo de deterioro de la marca y de que los clientes compren en masa su siguiente teléfono a otro fabricante.
  • Los satélites deben sobrevivir a las vibraciones a las que se ven sometidos durante su lanzamiento al espacio. Si no lo hacen, podría malograrse la inversión en su desarrollo y fabricación.

Para garantizar que los productos lleguen a los clientes intactos y plenamente operativos, es esencial que puedan sobrevivir al trayecto entre la fábrica y su destino final.

Por supuesto, los desarrolladores no se conforman con que un producto resista fuerzas físicas a corto plazo y tienen que asegurarse de que sus productos mantengan a más largo plazo la integridad y la calidad que representa la marca. Los productos se verifican mediante procesos de simulación exhaustivo en la fase de desarrollo. Pero eso no basta. También es necesario llevar a cabo ensayos físicos en prototipos y en artículos acabados al final de la línea de montaje, con el fin de validar los resultados simulados y demostrar a los clientes la resistencia del producto.

Garantía de integridad del producto

Los ensayos de vibraciones ayudan a los fabricantes a garantizar la calidad, fiabilidad y resistencia de productos completos o componentes de los mismos. Los ensayos de vibraciones pueden revelar puntos débiles del diseño que, de lo contrario, únicamente se harían evidentes durante el transporte, la implantación o el uso. Algunas de estos ensayos, como los de squeak & rattle en el interior de vehículos, también permiten detectar la generación de ruidos no deseados. En los ensayos ambientales, como los de vida útil altamente acelerada (HALT) y esfuerzo altamente acelerado (HASS), es preciso combinar ensayos de vibraciones con cámaras climáticas, para tener en cuenta el estrés inducido por procesos rápidos de calentamiento y enfriamiento. Estos ensayos son típicos de productos y componentes industriales y electrónicos, instrumentación médica y material militar.

Perfiles de las pruebas de vibraciones

¿Dónde se originan los perfiles de los ensayos de vibraciones? Los clientes, los usuarios finales o los fabricantes que integran un componente en una unidad son con frecuencia quienes definen los procedimientos y especificaciones de los ensayos de vibraciones. Típicamente, se basan en la experiencia y el conocimiento de las soluciones de diseño que funcionan bien y de las que no. Los ensayos de vibraciones pueden ofrecer un enfoque más estructurado para entender los modos de fallo y los defectos asociados a las vibraciones.

Ensayos conformes con las normas

Muchos perfiles de ensayos de vibraciones se definen en base a normas que se han desarrollado a lo largo de muchos años. Existen muchas normas de ese tipo, con frecuencia para aplicaciones y productos concretos. Algunos ejemplos son las normas DIN, ISO, BS, MIL, IEC y ASTM. En sectores como el aeroespacial y el de defensa, los ensayos son frecuentes y hacen referencia a normas como las MIL-STD-810, NATO STANAGs y AS/EN9100.

Seleccionar un sistema

Es esencial que su sistema sea el adecuado para el ensayo; es decir, que pueda transmitir los diferentes perfiles de vibraciones necesarios y gestionar las fuerzas que se generan cuando se aplican cargas útiles específicas. Ante todo, es vital llevar un seguimiento interno de los niveles de vibraciones resultantes, para garantizar que el objeto del ensayo no se somete a más esfuerzos de los necesarios.

Existen muchas formas de configurar sistemas adaptados a los requisitos de los ensayos. A continuación citamos algunos tipos de ensayos de vibraciones comunes y nuestras recomendaciones sobre los sistemas para llevarlos a cabo. Existen otras muchas formas de configurar sistemas para ensayos específicos. Si estas recomendaciones concretas no se adaptan a sus necesidades, consulte la sección de productos para ensayos de vibraciones o póngase en contacto con nosotros y explíquenos sus requisitos de ensayo.

Los ensayos de resistencia y fatiga (durabilidad) ayudan a los fabricantes a evaluar cómo soportan el uso habitual los productos y componentes. Someter los componentes, subconjuntos y productos acabados a vibraciones que simulen las condiciones reales es esencial para evaluar si son adecuados para la finalidad que deben cumplir... durante toda su vida útil. Cuando se llevan a cabo ensayos de resistencia, se comprueba si los productos cumplen determinados estándares, con frecuencia definidos por los fabricantes de equipos originales y los proveedores de primer nivel. En otros casos, se someten a vibraciones hasta destruirlos.

Los ensayos de resistencia suelen ser repetitivos, por lo que deben ser fáciles de configurar, efectuar y evaluar. La posibilidad de almacenar perfiles de ensayo en un software de control, y de reutilizarlos de forma repetida, simplifica los ensayos.

Sistema recomendado

En los ensayos de resistencia, uno de los sistemas habituales consiste en un vibrador refrigerado por aire de fuerza media que se puede utilizar en configuración vertical u horizontal, por ejemplo, un combo V875-440. Se trata de un vibrador versátil, apto para cargas útiles hasta 600 kg, incluidas unidades y subconjuntos de sectores como el aeroespacial y el de automoción. El sistema se puede configurar para que admita cargas útiles con tamaños diferentes.

> LDS V875 - Medium Force Shaker

> Switching Power Amplifier 8 - 56 kVA LDS SPA-K

> Vibration control system LDS COMET USB

> General-purpose Triaxial CCLD Accelerometers with TEDS Type 4535-B

Para comprobar cómo soportan los productos, componentes y subsistemas una caída, un impacto inducido o incluso un choque pirotécnico, se suelen llevar a cabo ensayos transitorios de choque, ensayos de caída y ensayos de choque. En los ensayos de choque, objetos tales como televisores, componentes de automóviles o electrodomésticos se aceleran rápidamente durante un corto espacio de tiempo (hasta 100 g u 11 m/s) para simular el golpe de un bache o un televisor que se cae durante el transporte.

Los OEM del sector de la automoción y los fabricantes militares y comerciales cuentan con distintos estándares para los ensayos de choque. Entre ellos, cabe citar SAE J1455 para los ensayos de choque y caída de vehículos y componentes; CEI 60068-2-27, CEI 60068-2-29 y CEI 60068-2-31 para los ensayos de choque clásico y caída de productos comerciales; y MIL-STD-810 para los ensayos de choque clásico y el análisis del espectro de respuesta en choque (SRS) de sistemas militares. La posibilidad de almacenar y reutilizar perfiles de ensayo normalizados a través del software de control simplifica la ejecución de los ensayos.

Sistema recomendado

Para los ensayos de choque, recomendamos un sistema basado en el vibrador refrigerado por aire de fuerza media V8, que ofrece el mejor desplazamiento del sector, con 63,5 mm y una velocidad punta de 1,8 m/s. El sistema se gobierna mediante un intuitivo controlador LASERUSB, que se acompaña de un software que proporciona opciones de registro rápido y preciso, y análisis de ensayos de choque. Si necesita un análisis de choque más avanzado, PULSE Reflex SRS calcula el SRS de los transitorios en el dominio temporal para determinar los posibles daños de los sucesos transitorios.

> LDS V8 - Medium Force Shaker

> Switching Power Amplifier 8 - 56 kVA LDS SPA-K

> Vibration control system LDS LASER USB

> Shock Response Analysis - Type 8730

> General-purpose Triaxial CCLD Accelerometers with TEDS Type 4535-B

Los ensayos de embalajes y las simulaciones de transporte están diseñadas para simular el trayecto de un producto desde el punto en el que se embala en fábrica hasta que llega al cliente. El principal objetivo es garantizar que el embalaje protege el producto en una medida suficiente, y que puede soportar los esfuerzos a los que se le somete durante el transporte. Los ensayos se diseñan para reproducir los efectos del transporte, por ejemplo, sobre un palé con televisiones embaladas en cajas, una lavadora en un embalaje para transporte o un cajón de componentes para un vehículo o un avión. Los ensayos también sirven para mejorar el diseño de los embalajes y para optimizar el uso de materiales de embalaje.

Sistema recomendado

El sistema recomendado para los ensayos de embalajes combina un vibrador LDS V875-640 equipado con un expansor de magnesio, un controlador LASERUSB y un amplificador SPA-K.

> LDS V875 - Medium Force Shaker

> Switching Power Amplifier 8 - 56 kVA LDS SPA-K

> Vibration control system LDS LASER USB

> Shock Response Analysis - Type 8730

> General-purpose Triaxial CCLD Accelerometers with TEDS Type 4535-B

Los ensayos de esfuerzo ambiental (ESS por sus siglas en inglés), también denominados ensayos con control de temperatura o "agitar y hornear", son una forma de ensayo en la que los productos se someten a altas o bajas temperaturas o a fluctuaciones cíclicas de temperatura mientras se someten a vibración. En este caso, se desea garantizar que la combinación de tensión térmica y vibraciones no deteriore el producto. Se trata de una forma de probar la estabilidad de funcionamiento en condiciones extremas, como climas desérticos, entornos de producción calurosos o tiempo muy frío. Entre estos ensayos destacan las de vida útil altamente acelerada (HALT) y las de esfuerzo altamente acelerado (HASS). Los ensayos ESS se emplean habitualmente con componentes y productos militares que se utilizan con frecuencia a temperaturas extremas, así como con productos industriales, como componentes de automóviles (tanto de motores como del habitáculo). En el caso de los productos militares, el intervalo de temperatura de los ensayos se extiende desde –55 °C a +125 °C. En el de los productos industriales, el intervalo habitual va de –40 °C a +85 °C.

Sistema recomendado

Para efectuar Ensayos de estrés ambiental se instala un vibrador (por ejemplo, un V875 con un soporte controlado térmicamente y una barrera térmica) en una cámara climática, de modo que únicamente se encuentren dentro de la cámara la carga útil y su fijación al vibrador. En función del tipo de ensayo, el vibrador puede estar en configuración vertical u horizontal. El controlador LASERUSB permite realizar ensayos normalizadas, incluidos ensayos conformes con MIL-STD-810 y DEF STAN 00-35.

> LDS V875 - Medium Force Shaker

> Switching Power Amplifier 8 - 56 kVA LDS SPA-K

> Vibration control system LDS LASER USB

> Head expanders and thermal barriers

> General-purpose Triaxial CCLD Accelerometers with TEDS Type 4535-B

La demanda de mayor calidad y fiabilidad por parte de los consumidores ha llevado a los fabricantes de automóviles de todo el mundo a realizar ensayos exhaustivas de detección de ruidos molestos. Los ensayos de zumbidos, chirridos (squeak & rattle) garantizan que los componentes e interiores de los automóviles sean duraderos y que no presenten ruidos que afecten al confort de los pasajeros. En ellas se ensayan componentes y unidades tales como los paneles de instrumentos, los retrovisores y el interior de los vehículos. Con frecuencia, los OEM y los proveedores de primer nivel tratan de probar unidades lo más grandes posible, equivalente hasta hasta 1/2 y 1/4 de la sección estructural de un vehículo.

Sistema recomendado

En función de la carga útil objeto del ensayo, los sistemas de ensayos BSR normalmente constan de un vibrador V780 con elementos personalizados (por ejemplo, para montar el salpicadero de un coche). Además del propio sistema vibrador, para detectar, validar y mejorar en profundidad los niveles de chirrido y traqueteo se necesitan tecnologías de ingeniería del sonido y matrices de micrófonos que permitan identificar las fuentes de ruido.

> LDS 780 - Low Force Shaker

> Power Amplifier 5 kVA LDS HPA-K

> Vibration control system LDS LASER USB

> Acoustical arrays

> General-purpose Triaxial CCLD Accelerometers with TEDS Type 4535-B

> Spherical beamforming Type 8606

Las pruebas de cualificación y aceptación (Q&A por sus siglas en inglés) garantizan que el diseño de los equipos cumpla las expectativas de rendimiento para un trabajo concreto: desde el montaje y el transporte hasta el lanzamiento y el funcionamiento.

VTS

Los parámetros de las misiones de los satélites y lanzaderas son muy variables; por ello, la configuración y los parámetros de los ensayos pueden a su vez diferir considerablemente. Por ejemplo, en los ensayos de Q&A mecánica de los satélites, los procedimientos de los ensayos de cualificación estándar (QTP) normalmente son distintos de los procedimientos de los ensayos de aceptación estándar (ATP). Los QTP son más exhaustivos y se llevan a cabo empleando modelos de ingeniería con el fin de cualificar los diseños mecánicos. Normalmente incluyen ensayos ambientales, como vibraciones, choques y fatiga acústica, y las cargas útiles se pueden hacer vibrar hasta resultar destruidas o someterse a ensayos no destructivos para evaluar su comportamiento. Los ATP, por otro lado, constituyen un ensayo de producción que se lleva a cabo en el modelo de vuelo real, para demostrar que la estructura cumple las especificaciones de comportamiento.

Los ensayos de cualificación incluyen:

  • Ensayos de vibraciones aleatorias y de barrido sinusoidal, que implican someter el satélite a vibraciones en un vibrador LDS de grandes dimensiones, como el V994, para localizar los puntos débiles estructurales y asegurarse de que no se produzcan cambios dinámicos estructurales importantes.
  • Ensayos de choque para simular y analizar los choques (pirotécnicos) que se producen, por ejemplo, durante la separación y el despliegue de paneles solares.

El controlador LASERUSB permite realizar ensayos normalizados, incluidos ensayos conformes con MIL-STD-810 y DEF STAN 00-35.

>  LDSV994 - High Force Shaker

>  Switching Power Amplifiers 70 - 280 kVA LDS DPA-K

> Vibration controllers

> General-purpose Triaxial CCLD Accelerometers with TEDS Type 4535-B

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