¿Qué es la vibración torsional?

La vibración torsional se produce debido al desequilibrio en los sistemas rotativos, como la desalineación de un eje rotativo o un acoplamiento débil que permite pequeños movimientos no deseados a lo largo del eje de rotación. Las piezas están diseñadas para girar con una velocidad constante o, a veces, necesarias para acelerar o reducir la velocidad. Cuantas menos vibraciones abruptas o aleatorias experimente una pieza giratoria mientras está en funcionamiento, mayor será su vida útil. Muchos componentes torsionales están diseñados con materiales que pueden resistir el daño torsional a largo plazo, también conocido como fatiga torsional. Sin una prueba adecuada bajo carga vibratoria, las piezas giratorias pueden romperse, fallando catastróficamente, causando daños periféricos, incluso matando al operador de la máquina.

Las varillas giratorias, generalmente parte de un tren de fuerza, como ejes de transmisión, árboles de levas, cigüeñales, ejes de transmisión y husillos experimentan vibraciones torsionales a medida que transmiten energía desde alguna forma de dispositivo generador. Dichos ejes rotativos están construidos con materiales dúctiles, como metales que tienen mayor tenacidad a la fractura, resistencia a la fisuración. Las piezas giratorias metálicas fallan a través de grietas lentas desde la superficie donde se experimenta el mayor esfuerzo de torsión y donde las grietas son más fáciles de identificar. Las grietas también pueden crecer debido a los acoplamientos rotativos, a partir de defectos en la superficie dentro de los orificios de los sujetadores. Las grietas terminales en las superficies de falla crecen en un plano aproximado perpendicular a la longitud del eje giratorio y alrededor del eje central.

Un ejemplo simple de vibración torsional es una señal de tráfico con viento constante. Los soportes y soportes que sostienen los letreros en condiciones normales no están diseñados para resistir el movimiento de rotación. En una tormenta, las señales de tráfico se moverán de un lado a otro en el viento bajo la influencia de la vibración torsional. Incluso algunas señales muy grandes pueden ser arrancadas de sus amarres, convirtiéndose en metralla para los desprevenidos atrapados en un huracán.

Las vibraciones torsionales pueden ocurrir con geometrías resonantes específicas del eje o cuando las velocidades de rotación son altas, aumentando por encima de un cierto valor límite. En este punto, la rotación alrededor del eje del eje se vuelve dinámicamente inestable y se producen vibraciones perjudiciales. Estas vibraciones aleatorias, en desacuerdo con el movimiento continuo normal del eje, abren grietas en el metal y son las principales causas de falla de las piezas giratorias.

Si parte de un componente giratorio delgado, por ejemplo, una pala de turbina, sufre una falla catastrófica por una grieta, puede provocar desequilibrios más grandes que podrían destruir sistemas de energía completos. La razón por la cual la vibración torsional es difícil de explicar es que es complicado aplicar cargas torsionales periódicas durante la prueba. Hoy en día, los ejes están diseñados con herramientas analíticas para optimizar longitudes y diámetros de los ejes con el fin de minimizar las vibraciones torsionales.