¿Qué es la prueba de choque mecánico (y vibración)?

En estas páginas hablamos a menudo sobre pruebas ambientales de productos y materiales.

Para probar baterías y acumuladores, descubra la cámara de prueba de baterías, diseñada para realizar pruebas en condiciones controladas.

Pero una categoría muy amplia e importante de ensayos sobre productos y materiales son los ensayos mecánicos.

Las pruebas de choque mecánico y vibración son fundamentales dentro de este tipo de ensayos y hoy veremos en qué consisten.

Cómo funciona la prueba de choque mecánico (y vibración)

Las pruebas de vibración y choque mecánico comparten muchos de sus propósitos, ya que forman la piedra angular de todas las pruebas mecánicas de productos y materiales; pero también tienen diferencias importantes.

La prueba de choque mecánico se utiliza para evaluar la capacidad de un objeto para resistir impactos o golpes repentinos que podría experimentar en situaciones reales. 

Existen diversos tipos de ensayos mecánicos, como los ensayos de caída y los ensayos de impacto. Generalmente, el objeto se somete a una aceleración o desaceleración repentina y rápida, lo que provoca un impacto.

Por otro lado, las pruebas de vibración evalúan los efectos de una tensión leve pero sutil, que denominamos vibración. Existen numerosas situaciones reales que provocan vibraciones, pero en particular nos interesa el transporte de mercancías , que las somete a vibraciones continuas. En el laboratorio, esta condición se simula mediante instrumentos específicos.

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¿Para qué sirve la prueba de choque mecánico (y vibración)?

Dada la universalidad de la posibilidad de sufrir un impacto, así como la presencia de vibraciones al menos durante el transporte, realmente no hay ningún sector industrial que se libre de las pruebas de choque mecánico y vibración.

Sin embargo, podemos identificar tres que se ven especialmente afectados y son:

• Militar y aeroespacial: Por razones obvias, tanto los vehículos como los equipos militares y aeroespaciales deben demostrar una alta resistencia a diversos tipos de impactos mecánicos y a intensidades de vibración muy elevadas.

• Automoción: Aunque menos intensas, las vibraciones son constantes, y lamentablemente también los impactos. Las pruebas de choque mecánico, al igual que las de vibración, son de las más importantes en la industria automotriz.

• Industria electrónica: Por diversas razones, la industria electrónica también se somete a pruebas de choque mecánico y vibración. Lo que está en juego aquí no es la frecuencia ni la intensidad de las vibraciones y los choques, sino la fragilidad de estos sofisticados dispositivos. 

Las especificaciones para realizar pruebas mecánicas de impacto y vibración en cada una de estas áreas están descritas en una serie de normas internacionales , entre las que se incluyen: MIL-STD-750,  MIL-STD-883, ASTM D3332/D3332M, ISO 16750y AEC-Q100.

Cámaras ambientales y pruebas de choque mecánico

Los ensayos mecánicos y los ensayos climáticos son las dos categorías principales de ensayos de materiales y productos, pero distan mucho de ser compartimentos estancos.

En el mundo real , que estas pruebas intentan simular con la mayor precisión posible, nada ocurre en el vacío. Por esta razón, muchas pruebas mecánicas especifican las temperaturas a las que se debe realizar la prueba, o mejor dicho, a las que se debe acondicionar la muestra analizada.

Esto es especialmente cierto para el último sector que mencionamos, es decir, los componentes electrónicos , que son particularmente sensibles a las condiciones ambientales en las que se encuentran, y las altas temperaturas y/o la humedad relativa afectan significativamente la reacción de estos componentes a los golpes y vibraciones.

Por este motivo, las cámaras ambientales desempeñan un papel importante en diversos procedimientos donde los rangos de temperatura y humedad relativa dentro de los cuales se debe mantener la muestra antes de realizar la prueba.

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La cámara ambiental FDM para pruebas de choque mecánico

Las cámaras ambientales FDM son la herramienta perfecta para acondicionar muestras para pruebas de choque mecánico. Son especialmente adecuadas para la industria electrónica, donde se requieren temperaturas extremas para verificar la funcionalidad de los circuitos en cualquier condición. 

Además, nuestros técnicos están siempre disponibles para escuchar las necesidades del cliente y diseñar una cámara ambiental personalizada que cumpla con sus requisitos.

Para cualquier pregunta o inquietud adicional, no dude en contactarnos.

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Normas de referencia

• IEC 60068-2-27 — Prueba Ea: Choque
• IEC 60068-2-6 — Ensayo Fc: Vibración sinusoidal
• IEC 60068-2-64 — Ensayo Fh: Vibración aleatoria de banda ancha
• MIL-STD-810H Método 516.8 / 514.8 — Choque/Vibración para Sistemas Militares
• ISO 16750-3 — Cargas mecánicas (choque + vibración) en la industria automotriz
• ASTM D4169 — Ensayos de rendimiento de contenedores de envío (transporte con impacto y vibración)
• RTCA DO-160G Sección 7/8 — Seguridad operativa/en caso de colisión/vibración para aviónica

Fuentes autorizadas

• IEC 60068-2-27 Choque.
• ASTM D4169.
• IEST Vibración y Choque : Mejores prácticas en ensayos mecánicos.

Preguntas frecuentes sobre las pruebas de choque y vibración

¿Cuál es la diferencia entre choque mecánico y vibración?

El choque mecánico es un pulso corto y de alta intensidad (típicamente la vibración es una oscilación continua durante minutos/horas con un perfil sinusoidal (frecuencia única) o aleatorio (PSD de amplio espectro). Prueba estándar: 10-2000 Hz con PSD 0,04 g²/Hz (automotriz). Simula el transporte, el funcionamiento del motor y las estructuras vibrantes.

¿Cómo se calcula la severidad de un perfil de vibración aleatorio?

Con PSD (densidad espectral de potencia) en g²/Hz. La aceleración RMS total es Grms = √(∫ PSD df). Perfiles típicos: Auto ISO 16750 27,8 Grms (banda ancha 10-2000 Hz), Aviónica DO-160 Cat S 7 Grms, Transporte ASTM D4169 0,4-1,2 Grms. La duración de la prueba se elige para acumular daños por fatiga equivalentes al ciclo de vida real (por ejemplo, 3 h aleatorio = 10 años de vida útil según la regla de Miner).

¿Puedo combinar golpes/vibraciones con temperatura?

Sí, las cámaras de ambiente combinado (CET) integran un vibrador electrodinámico en una placa climática. Rangos típicos: temperatura de -70 °C a +180 °C + vibración de hasta 70 kN de empuje. Estas pruebas son necesarias para la calificación aeroespacial (RTCA DO-160G Sección 8.6 Vibración aleatoria con temperatura), vehículos eléctricos (batería sometida a ciclos térmicos + perfil de misión de vibración) y defensa (secuencia combinada MIL-STD-810).

¿Cuál es el papel de los elementos de fijación en las pruebas de choque/vibración?

El soporte mecánico de la muestra sobre la placa vibratoria debe resonar inicialmente a una frecuencia superior al doble de la frecuencia máxima de prueba para evitar resultados erróneos. Materiales típicos: aluminio 7075 mecanizado, magnesio, titanio de alta frecuencia. El diseño requiere análisis modal por elementos finitos (FEM) y cualificación con un vibrómetro láser. Un soporte incorrecto puede amplificar o atenuar localmente hasta ±10 dB, lo que invalida la reproducibilidad y el cumplimiento de las especificaciones.