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Vibraciones mecánicas proyecto
Tipo: Apuntes
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Vacaciones junio 2018 Guatemala 12 de julio de 2018
Gerson Bladimir Anona Chunchún 2006 19336 Víctor Abel Pineda Hércules 2007 14772 Frank Fernando Alonzo Hernández 2014 03993 Álvaro Robles González 2014 03763 Pablo Roberto Mendía Tobías 2014 03874 César Eduardo Menocal Rossil 2014 04302 Brandon José Mayorga Palencia 2015 03874
Aisladores plásticos , los aisladores fabricados de plástico resistentes están disponibles y tienen características de rendimiento similares a los de goma y algún tipo de aislador de metal en la configuración equivalente. Los más utilizados son los materiales de polietileno para los elementos estructurales y de estiramiento para elastómeros resistentes. Amortiguadores de aire (neumáticos), sus características principales son la máxima calidad para las cargas más extremas, elevada absorción de energía, se obtiene una amortiguación sin vibraciones y rebotes a través del estrechamiento continuo de la ranura helicoidal. No tiene prácticamente desgaste gracias a la guía de émbolo hidrostática, aparte de contar con una reserva de aceite. Diseñados para cualquier tipo de aplicación donde haya que levantar, bajar, mantener, girar, etc, una masa de manera controlada, se utiliza mayormente en el área del sistema de suspensión automotriz. Aisladores en combinación , el aislante antivibratorio más utilizado está fabricado de un elastómero. Siendo el caucho natural el más popular, ya que los dispositivos son capaces de sostener grandes deformaciones y luego volver a su estado original prácticamente sin daños. Los soportes antivibratorios de caucho metal son los que mejores características nos ofrecen, además de presentar las mejores utilidades. Podemos encontrar en el mercado aisladores de caucho con multitud de formas y tamaños, pero hay que elegir el que mejor se adapte a nuestras necesidades. Por ello, antes de instalar un aislador para reducir la vibración, es recomendable realizar un cálculo antivibratorio teórico y después acompañarlo de una medición de vibraciones y así establecer cuál es la mejor solución para cada caso. Solo de esta manera dispondremos del soporte antivibratorio perfecto para nuestro problema y así reducir satisfactoriamente los efectos no deseados derivados de toda vibración.
Identificar los aislamientos de vibraciones mecánicas
Determinar los materiales que constituyen un aislamiento de vibración. Conocer la utilización de aislamiento de vibración y las ventajas que proporcionan al equipo. Identificar los diseños y usos de aislamiento de vibraciones mecánicas. Realizar una comparación de aislamientos para identificar sus propiedades y cualidades que permiten que las maquinas operen con mayor eficiencia.
El rendimiento de un sistema de aislamiento está determinado por la transmisibilidad del sistema-la relación de la energía entrando en el sistema a la energía viniendo del sistema. Esto puede ser expresado en términos de aceleración, fuerza o amplitud de vibración. Para todos estos fenómenos presentes en la operación de maquinaria, podemos encontrar algunos componentes que permiten estabilizar el equipo y evitar las vibraciones. Estos componentes son conocidos como los aislamientos de vibraciones.
La amortiguación es el fenómeno por el cual la energía mecánica se disipa en los sistemas dinámicos. Esta disipación es generalmente por conversión a energía térmica. El amortiguamiento de un elemento estructural en un sistema mecánico es una medida de la tasa de energía disipada por ciclo de deformación. En igualdad de condiciones técnicas, cuanto mayor es la disipación de energía menor será la probabilidad de grandes amplitudes de vibración o altas radiaciones de ruido. Esta reducción logra disminuir las fallas de los elementos sometidos a vibraciones por causa de tensiones elevadas debidas a las deformaciones cíclicas (fatiga de materiales). Al estudiar el amortiguamiento, es necesario considerar las distintas configuraciones de los elementos mecánicos o de materiales con el fin de lograr disipar una cantidad de energía suficiente para reducir las vibraciones o el ruido no deseado. Existen varios tipos de amortiguamiento intrínsecamente presentes en los sistemas mecánicos. Si el nivel de amortiguación disponible en estos mecanismos no es adecuado para el buen funcionamiento del sistema, entonces se pueden agregar dispositivos externos de amortiguación durante el diseño original o en modificaciones posteriores al diseño. Tres mecanismos principales de amortiguamiento son importantes en el estudio Ellos son: Amortiguamiento interno. Amortiguamiento estructural (En juntas e interfaces). Amortiguamiento por fluidos (Interacción fluido - estructura).
El amortiguamiento interno (amortiguamiento material) es el resultado de la disipación de energía en el material del sistema debido a varios procesos microscópicos y macroscópicos. Estos mecanismos disipan la energía vibracional en forma de calor. Cada uno se asocia con la reconstrucción interna atómica o molecular de la microestructura. Sólo uno o dos mecanismos pueden ser dominantes para un material específico (metales, aleaciones, compuestos intermetálicos, etc.) bajo condiciones específicas, es decir, para determinados rangos de frecuencia y temperatura. La mayoría de los metales y aleaciones estructurales tienen pequeña amortiguación interna bajo la mayoría de las condiciones operativas. Un mecanismo comúnmente conocido como amortiguación visco-elástica está presente en muchos elastómeros y materiales vítreos amorfos [1]. La amortiguación se debe a la relajación y la recuperación de las cadenas moleculares después de la deformación. Una de las características únicas de los materiales visco-elásticos, es que sus propiedades se ven influidas por muchos parámetros tales como frecuencia, temperatura, velocidad de deformación, pre- carga estática, fluencia y relajación, envejecimiento y otros efectos irreversibles. Los efectos más importantes, al considerar estos materiales para la amortiguación de vibraciones mecánicas, son las variaciones de las propiedades con la frecuencia y la temperatura. En la práctica, un material visco-elástico típico es seleccionado en el diseño basándose en gráficos de temperatura vs factor de amortiguación y frecuencia vs factor de amortiguación. Básicamente, el factor de amortiguación es considerado como una función de la frecuencia de excitación y de la temperatura. Debido a la fuerte dependencia de las propiedades con la temperatura, estos tipos de materiales no pueden ser utilizados generalmente en aplicaciones en ambientes hostiles (altas y bajas temperaturas). Los materiales visco-elásticos con frecuencia se añaden a las estructuras metálicas (que normalmente tienen muy baja amortiguación) y dispositivos para aumentar la cantidad de amortiguamiento del sistema. La amortiguación estructural es debida a la disipación de energía mecánica resultante de los movimientos relativos entre los componentes de una estructura que tiene puntos de contacto común, a través de la fricción o de los impactos en las juntas. Es decir, debido a la disipación en componentes tales como articulaciones o soportes. La disipación de energía depende de las características particulares del sistema mecánico, por lo tanto, es muy difícil establecer un modelo que represente perfectamente el amortiguamiento estructural. Así, como regla general, el modelo de fricción de Coulomb y el coeficiente de restitución de dos
funcionado en condiciones operativas difíciles o donde los tiempos de parada deben ser reducidos al mínimo (por ejemplo, plantas nucleares y aplicaciones aeroespaciales). En el aislamiento de vibraciones, la fuente de la vibración es aislada del sistema de interés, o el dispositivo está protegido de las vibraciones en su soporte de unión. A diferencia del aislador de vibraciones, un absolvedor de vibraciones consiste en un sistema secundario (normalmente masa-resorte-amortiguador) que se añade al dispositivo primario para protegerlo de las vibraciones. Así, seleccionando adecuadamente la masa, la rigidez y/o la amortiguación, la vibración del sistema primario se puede minimizar. Tres tipos generales de sistemas de control de vibraciones pueden ser agregados a los sistemas mecánicos, ya sea como aisladores o absorbedores, con el fin de lograr la energía de disipación necesaria [5]. Dependiendo de la cantidad de energía externa requerida para realizar su función, se pueden clasificar en: Control pasivo. Control semi-activo. Control activo. Un control pasivo está formado de un elemento elástico (rigidez) y un disipador de energía (amortiguador) ya sea para absorber la energía vibratoria o para aislar la ruta de transmisión de la vibración. En general, estos tipos de sistema de control constan de una región de frecuencias de trabajo de mayor sensibilidad. El control pasivo de vibraciones tiene limitaciones significativas en aplicaciones donde existen perturbaciones de banda ancha de naturaleza altamente aleatorias. Con el fin de compensar estas limitaciones, los sistemas activos de control de las vibraciones son de gran utilidad. Con una fuerza activa adicional como parte del absorbido, los sistemas activos son controlados con diferentes algoritmos para lograr una mejor respuesta a las perturbaciones del sistema primario. Finalmente, los sistemas semi-activos (o adaptativos) son una combinación entre el tratamiento activo y pasivo de vibraciones, los cuales intentan reducir la cantidad de energía externa necesaria en el absorbedor para alcanzar las características de funcionamiento deseadas del sistema primario. Un ejemplo de estos sistemas es la utilización de fluidos magneto-reológicos en amortiguadores
de vibraciones mecánicas. La variación de las características del fluido a través de flujos magnéticos permite lograr variaciones en la respuesta del sistema primario. En conclusión, en el diseño de un sistema de control de vibraciones a menudo ocurre que el mismo deba operar sobre un rango de carga y de frecuencia de banda ancha. Una única solución de rigidez y/o amortiguación es casi imposible de obtener para lograr la respuesta deseada. Si las características de la respuesta no se pueden obtener, un sistema de control de vibraciones activo puede proporcionar una alternativa atractiva para determinados problemas. Sin embargo, los sistemas activos requieren de algoritmos complejos de control, además de introducir inestabilidad inducida por el mismo, lo que los limita en muchas aplicaciones industriales. Además, el mantenimiento del mismo requiere de mayor esfuerzo. La inclusión de cualquier dispositivo amortiguador genera un corrimiento en la frecuencia natural del sistema primario vibrante, debido al aumento de la cantidad de amortiguamiento. Por otro lado, los sistemas pasivos son a menudo influenciados por un fenómeno conocido como desafinación” (detuning). Cuando el sistema pasivo se deteriora, sus parámetros estructurales pueden desfasarse de los nominales de diseño, produciendo que la amortiguación de las vibraciones se convierta en ineficaz para la frecuencia que fue diseñada. Este fenómeno puede ser debido también a un cambio en la frecuencia de excitación o en la naturaleza de la perturbación con el tiempo. Para solventar estos problemas de diseño u operación, los sistemas adaptativos logran una integración efectiva entre los sistemas de control activos con dispositivos pasivos ajustables. Para ello, los generadores de la fuerza activa se sustituyen por sistemas variables modulados tales como amortiguación o rigidez variables. Estos componentes variables se denominan” parámetros ajustables” del sistema, que se retroalimentan a través de un control de ajuste. Estos sistemas son de mucho interés debido a su bajo requerimiento de energía y costo.
