¿Sabes si tus productos son fiables?

Para asegurarnos que nuestros productos pueden ser fiables, se deben de realizar diversas pruebas en ellos; pero ¿cómo saber qué tipo de pruebas debemos realizar?. Y ¿cómo podemos crear un sistema para mejorar incluso productos futuros? En este caso de estudio podrás ver algunas mediciones que aplica Grupo Vaillant, una de las compañías europeas más grandes.

¿Sabes si tus productos son fiables?

Para asegurar la fiabilidad de circuitos de calefacción y refrigeración el centro de competencia del Grupo Vaillant utiliza los diagnósticos de vibración para entender y predecir resonancias perjudiciales en sistemas y componentes tales como tubos y compresores.

Ubicado en Vitoria-Gasteiz en España, el centro de competencia del Grupo Vaillant (CoC) desarrolla y aprueba módulos de circuitos refrigerantes (RCMs), Estos RCMs son el núcleo de las bombas de calor aero-térmica y geo-térmica, éstas bombas son unos de los productos clave de la estrategia de energía renovable del Grupo.

Determinación experimental de las frecuencias modales en un circuito refrigerante.

En este proceso de prueba, el objetivo son las frecuencias del compresor que pueden generar resonancias (desplazamientos de larga amplitud), que provocan fatiga y averías.

Para ésto se requieren mediciones de las frecuencias naturales de las tuberías, que se mueven en tres direcciones. Se utilizan acelerómetros triaxiales que son colocados en posiciones claves en las tuberías críticas: luego la tubería es excitada con un martillo de impacto diseñado por Brüel & Kjaer.

Los resultados obtenidos son una serie de Funciones de Respuesta de Frecuencia (FRFs), que muestran la resonancia natural de las frecuencias y la amplitud de la tubería a esas frecuencias. Los criterios de aceptación son: Comprobar la forma correcta de las señales en el tiempo (fuerza y aceleración), el auto espectro de la fuerza y la forma de la coherencia en cada medición. Si estas son correctas, la medición es validada y los resultados son considerados como fiables.

Un acelerómetro triaxial mide las frecuencias naturales de la tubería de un circuito de refrigeración, nota el martillo de impacto en la parte inferior derecha, que contiene un acelerómetro integral.

Análisis de señales experimental para obtener frecuencias de excitación de la fuente principal de vibración

El objetivo de esta prueba es obtener frecuencias de excitación de la fuente principal de vibración (el compresor) provenientes de la medición de señales de aceleración. Esto es para entender cómo está siendo excitada la tubería, y determinar si el diseño es lo suficientemente robusto y si va a evitar las frecuencias naturales de excitación.

En esta prueba, el compresor es encendido y configurado para funcionar en condiciones normales, y la prueba comienza una vez que se hayan alcanzado estas condiciones. El resultado obtenido es una lista de frecuencias de excitación del compresor, y el criterio de aceptación se realiza al checar y comprobar estos valores con la velocidad de rotación del compresor y sus armónicos.

Ejemplo del auto espectro de la aceleración de vibración en un punto con las principales frecuencias de excitación señaladas.

Resultados- factibilidad de la tubería

Una vez que los resultados están disponibles en los dos análisis anteriores, se hace un análisis general para vincular todos los resultados y obtener conclusiones de carácter general, así como para validar o rechazar el circuito refrigerante.

De las mediciones FRFs, tenemos una lista de las frecuencias naturales y las amplitudes del FRFs en respuesta a esas frecuencias naturales.

De las mediciones de frecuencias de vibración en el funcionamiento del circuito refrigerante, se conocen ahora las frecuencias de excitación de la fuente de vibración principal (el compresor) y otras posibles frecuencias de excitación.

El siguiente paso es comparar los valores de las frecuencias naturales y los de las frecuencias de excitación. Si coinciden ambos valores en cierta frecuencia, existe un peligro potencial de un desplazamiento de larga amplitud de la tubería, y en consecuencia fatiga y averías.

El futuro

El centro de competencia tiene pensado continuar sus estudios en el análisis de vibración en sistemas refrigerantes con la esperanza de obtener resultados más completos en diferentes sistemas y maquinaria. Como cada uno de estos tipos tienen su propio comportamiento dinámico, el CoC está interesado en hacer más mediciones y crear su propia base de datos; la cual contendría los valores de las vibraciones, frecuencias de excitación, y frecuencias naturales de las diferentes tuberías usadas en circuitos de refrigeración, y de esa manera ayudar al CoC a evaluar los nuevos diseños contra los viejos y establecer puntos de valores aceptables.

Viendo hacia adelante, el siguiente paso natural después de medir las frecuencias naturales es llevar a cabo el análisis modal experimental para encontrar los modelos naturales de vibración en las tuberías de los circuitos refrigerantes que serán de gran ayuda para proponer reglas de diseño.

Elegir un adquisidor de datos LAN-XI de 12 canales brinda un gran potencial de escalabilidad para cubrir requerimientos en pruebas.

Adicionalmente, un paso final y más exigente sería el de llevar a cabo una simulación del comportamiento dinámico de las tuberías del circuito refrigerante para poder predecir el comportamiento antes de que el sistema sea fabricado. Tal proceso de simulación todavía tendría que ser evaluado a través de una buena correlación con los datos experimentales.

Por lo anterior Javier Oleaga y su equipo eligieran los instrumentos de Brüel & Kjaer “Esa es la razón por la que decidimos seleccionar un instrumento modular y escalable que garantizara la coherencia y calidad de nuestro proceso de investigación, con el potencial de ofrecer un amplio intervalo de soluciones fiables ahora y en el futuro”. “Después de nuestra experiencia de trabajo con Brüel & Kjaer podemos confirmar que tenemos equipos de alta calidad y podemos confiar en el servicio técnico especializado que garantice el logro de resultados exitosos.” dijo el Ingeniero.