| Para seleccionar un sistema de ensayo de vibración, primero se debe calcular la fuerza dinámica requerida y, a continuación, comprobar si el vibrador cumple con los requisitos de desplazamiento, velocidad, aceleración, rango de frecuencia, tamaño de la carga útil y ejes del perfil de ensayo. Los sistemas refrigerados por aire son adecuados para ensayos de baja fuerza y de laboratorio en general, mientras que los sistemas refrigerados por agua se suelen elegir para ensayos de alta fuerza, cargas útiles pesadas, y para aplicaciones automotrices, aeroespaciales y de baterías. La configuración final también debe ajustarse a las normas pertinentes, como IEC 60068, ISO 16750, MIL-STD-810, UN 38.3, ISTA o los procedimientos de ensayo de fiabilidad específicos del cliente. |
¿Que es un Sistema de prueba de vibración?
Diseñado y validado bajo la supervisión técnica de Jimmy Liu, veterano con 12 años de experiencia en automatización de laboratorios (exlíder técnico en el Centro de Pruebas de Certificación de Foxconn y Huawei).
Un sistema de ensayo de vibraciones es una plataforma de laboratorio que se utiliza para simular vibraciones mecánicas, esfuerzos de transporte, resonancia, fatiga y condiciones de impacto. Un sistema completo de ensayo de vibraciones electrodinámicas normalmente incluye un cuerpo vibrador, un amplificador de potencia, un controlador de vibraciones, un sistema de refrigeración, acelerómetros, fijaciones y accesorios opcionales como un expansor de cabezal, una mesa deslizante horizontal o una cámara de ensayo ambiental.
El sistema se utiliza ampliamente para pruebas de fiabilidad de baterías, piezas de automoción, componentes aeroespaciales, electrónica de consumo, dispositivos médicos, embalajes y equipos industriales. Según los requisitos de la prueba, el sistema puede realizar pruebas de vibración sinusoidal, vibración aleatoria, búsqueda y mantenimiento de resonancia, choque clásico, vibración sinusoidal sobre aleatoria, vibración aleatoria sobre aleatoria o pruebas combinadas de temperatura, humedad y vibración.
Figura 1. Montaje completo del sistema de laboratorio para pruebas de vibración, que incluye vibrador, estación de trabajo del controlador, gabinete del amplificador, cables y dispositivo de prueba montado.
Lista de verificación de selección rápida
Antes de elegir un sistema de prueba de vibraciones, confirme los siguientes parámetros:
- Norma de ensayo: IEC 60068, ISO 16750, MIL-STD-810, UN 38.3, ISTA, ASTM o perfil específico del cliente.
- Masa de la carga útil: peso del producto bajo prueba
- Masa del accesorio: peso del accesorio de montaje, expansor de cabezal o interfaz de mesa deslizante.
- Masa de la armadura: masa móvil del agitador
- Aceleración requerida: aceleración máxima o RMS en g
- Rango de frecuencia: frecuencia de prueba mínima y máxima
- Requisito de desplazamiento: especialmente importante para vibraciones de baja frecuencia.
- Requisito de velocidad: importante para pruebas de choque de alta energía y baja frecuencia.
- Dirección de la prueba: solo vertical, solo horizontal o prueba de tres ejes
- Método de refrigeración: por aire o por agua.
- Modo de control: seno, aleatorio, choque, búsqueda de resonancia, permanencia, SoR, RoR o control de curtosis
- Condiciones del laboratorio: suministro eléctrico, carga del suelo, ruido, agua de refrigeración y espacio.
Cómo calcular la fuerza necesaria del vibrador
El paso más importante es calcular la fuerza dinámica total requerida por el perfil de prueba.
| F = (Mp + Mf + Ma) × A × S |
Lugar:
- F = fuerza dinámica requerida
- Mp = masa de la carga útil
- Mf = masa del accesorio, expansor de cabezal o pieza móvil de la mesa deslizante
- Ma = masa de la armadura del vibrador
- A = aceleración requerida
- S = factor de seguridad, normalmente 1.25 o superior
Muchos errores de compra se deben a que solo se considera el peso del producto. En las pruebas de vibración reales, el soporte, el expansor del cabezal, la mesa deslizante y la masa del inducido también consumen la fuerza del vibrador. Un sistema que parece adecuado sobre el papel puede resultar insuficiente al incluir toda la masa móvil.
Figura 2. Diagrama de cálculo de fuerzas para la selección del sistema de prueba de vibración: masa de la carga útil, masa del accesorio, masa de la armadura, aceleración y factor de seguridad.
Refrigeración por aire vs. refrigeración por agua Sistema de prueba de vibración
Los sistemas de vibración refrigerados por aire suelen ser adecuados para ensayos de fuerza pequeña a media, electrónica en general, embalaje y pruebas de fiabilidad en laboratorio. Son más fáciles de instalar y mantener, pero conviene tener en cuenta el ruido del ventilador y la disipación de calor.
Los sistemas de vibración refrigerados por agua suelen elegirse para pruebas de alta fuerza, cargas pesadas, baterías, automoción, aeroespaciales y de larga duración. Ofrecen un mejor control térmico y menor ruido cerca del vibrador, pero requieren circulación de agua, intercambio de calor y una mayor planificación de la instalación.
| Factor de selección | Sistema refrigerado por aire | Sistema refrigerado por agua |
| Aplicación tipica | Electrónica, componentes pequeños, embalaje | Batería para vehículos eléctricos, automoción, aeroespacial, carga útil pesada |
| Rango de fuerza | Bajo a mediano | Medio a alto |
| Instalación | Más simple | Requiere sistema de agua de refrigeración |
| Ruido | Mayor debido al ventilador | Zona de prueba más baja |
| Mantenimiento | Uso | Requiere mantenimiento de la calidad del agua y del intercambiador de calor. |
| Ideal para | Pruebas de fiabilidad de laboratorio estándar | Pruebas de alta fuerza y larga duración |
Figura 3. Comparación de sistemas de prueba de vibración refrigerados por aire y por agua para pruebas generales de laboratorio, pruebas de alta fuerza y aplicaciones de carga pesada.
¿Cuándo se necesita una mesa deslizante horizontal?
Se requiere una mesa deslizante horizontal cuando el producto debe probarse en el eje X o Y sin girarlo lateralmente. Esto es común en productos grandes, baterías, módulos automotrices, productos que contienen fluidos y equipos que deben permanecer en su posición de funcionamiento normal durante las pruebas.
Para las pruebas de tres ejes, la configuración común es:
- Vibración vertical: armadura vibratoria o expansor de cabezal
- Vibración horizontal en el eje X: mesa deslizante
- Vibración horizontal del eje Y: gire el producto o utilice otra configuración de mesa deslizante.
Figura 4. Sistema de prueba de vibración de mesa deslizante horizontal para pruebas en el eje X con módulo de batería, vibrador y controlador de vibración.
Matriz de selección por sector
| Experiencia | Estándares Comunes | Enfoque de selección clave | Configuración recomendada |
| Batería EV | ONU 38.3, ISO 12405, IEC 62660, ECE R100 | Carga útil pesada, seguridad, vibración de larga duración | Agitador de alta fuerza + refrigeración por agua + mesa deslizante horizontal |
| Piezas de automóviles | Normas ISO 16750, GMW 3172, VW, Ford, Toyota | Vibración multieje, entorno combinado | Agitador + mesa deslizante + cámara de temperatura |
| Aeroespacial | MIL-STD-810, RTCA DO-160 | Alta aceleración, choque, vibración aleatoria | Agitador de alta potencia + controlador avanzado |
| Electrónica de consumo | IEC 60068, ISTA | Alta frecuencia, pequeña carga útil, alto rendimiento | Agitador refrigerado por aire + expansor de cabezal |
| Embalaje | ISTA, ASTM D999 | Simulación de transporte | Sistema de vibrador de fuerza media + sistema de fijación |
| Dispositivos Médicos | IEC 60068, procedimientos de validación del transporte | Seguridad y confiabilidad del producto | Controlador de precisión + accesorio personalizado |
Errores comunes al elegir un sistema de prueba de vibraciones
- Calculando únicamente el peso del producto e ignorando la masa del accesorio.
- Elegir la capacidad de fuerza sin comprobar los límites de desplazamiento, velocidad y aceleración.
- Ignorando los requisitos de desplazamiento de baja frecuencia.
- Seleccionar la vibración vertical únicamente cuando se requiera una prueba horizontal.
- Comprar una coctelera sin confirmar las funciones del software del controlador.
- Subestimación del suministro eléctrico del laboratorio, la carga del suelo y los requisitos de refrigeración.
- Utilizar un accesorio genérico que provoque resonancia o movimiento transversal.
- Selección de un sistema de refrigeración por aire para una prueba de alta fuerza y larga duración.
- Ignorando futuras expansiones, como la integración de cámaras ambientales.
- Comparar únicamente el precio en lugar de la capacidad total de prueba y la fiabilidad.
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KINGPO ofrece asistencia personalizada para la configuración de sistemas de ensayo de vibración a laboratorios, fabricantes e instituciones de ensayo. En función del peso del producto, la norma de ensayo, el perfil de vibración, la dirección del eje, los requisitos de los accesorios y las condiciones del laboratorio, los ingenieros de KINGPO pueden ayudar a seleccionar el vibrador, el amplificador, el controlador, el sistema de refrigeración, la mesa deslizante, el accesorio y la solución integral de ensayo ambiental más adecuados.
Para proyectos que involucren baterías, componentes automotrices, piezas aeroespaciales, electrónica, embalaje o equipos médicos, KINGPO puede brindar consultoría técnica, configuración de sistemas, soporte de instalación y recomendaciones de soluciones de prueba.
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