Introducción

Todas las frecuencias vistas hasta ahora se denominan frecuencias forzadas y comparten la característica de ser autoexcitadas. Cuando se pone en marcha una máquina, aparecen las frecuencias forzadas; cuando se apaga, las frecuencias forzadas desaparecen. De hecho, si la máquina varía su velocidad, las frecuencias forzadas cambian de forma proporcional. Las frecuencias forzadas a menudo presentan la propiedad de ser fácilmente calculables conociendo las características físicas de la máquina, ya que estas son producto del diseño y la fabricación de la máquina.

La frecuencia natural o de resonancia de un sistema es aquella frecuencia que tiene una tendencia o facilidad para vibrar. Todo sistema posee una o varias frecuencias naturales de forma que al ser excitadas se producirá un aumento importante de vibración. La fórmula de la frecuencia natural es:

siendo m la masa y K la rigidez. De esta fórmula se deduce que si la rigidez aumenta, la frecuencia natural también aumentará, y si la masa aumenta, la frecuencia natural disminuye.

La resonancia es un estado de funcionamiento en el que una frecuencia de excitación se encuentra cerca de una
frecuencia natural de la estructura de la máquina. Cuando ocurre la resonancia, los niveles de vibración que resultan pueden ser muy altos y pueden causar daños muy rápidamente.

Un ejemplo típico de resonancia es la cantante de ópera que rompe un vaso al dar una nota aguda. Aunque el vaso no esté vibrando aparentemente, está sometido a una minúscula vibración cuya frecuencia coincide con su frecuencia natural. Cuando la onda, en este caso sonora, incide sobre el cuerpo, se genera una vibración de amplitud enorme y el sistema entra en resonancia hasta que se rompe.

Cuando analizamos los problemas de vibración de una máquina es importante poder determinar las frecuencias naturales del sistema, ya que, es necesario asegurarnos de que no existen frecuencias forzadas cerca de las frecuencias naturales.

Tipos de resonancia

A la hora de realizar una clasificación de la resonancia distinguiremos dos tipos:

• Resonancia estructural: Está asociada a las partes no rotativas de la máquina (bancadas, estructuras, tuberías, etc.). Esta resonancia puede ser excitada por frecuencias asociadas a elementos rotativos de la maquinaria o a elementos externos. Las frecuencias de excitación externas se pueden transmitir a través de tuberías, estructuras de construcción, cimentación, etc..
• Resonancia de rotor: Está asociada a la frecuencia natural de los rotores de una máquina. A estas frecuencias naturales o de resonancia de un rotor se denominan velocidades críticas. Cuando la velocidad de un elemento rotativo se aproxima a su velocidad crítica se produce un aumento importante de los niveles de vibración, mientras que si la máquina se aleja de su velocidad crítica se produce un descenso de la vibración. Este fenómeno es muy normal que se produzca en Turbomáquinas (suelen tener una o varias velocidades críticas por debajo de la velocidad de trabajo), durante arranques y paradas, ya que en su aceleración o deceleración pasan una o varias veces por su frecuencia de resonancia. A veces puede ocurrir que la velocidad crítica está muy próxima o coincida con la velocidad de operación, originando una amplificación considerable de vibración. A este fenómeno se le denomina ''Resonancia armónica''.