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TEMA 2 PROBLEMAS CAUSADOS POR LA VIBRACIÓN. Unidad II Vibración

SOLIS MARTINEZ JESSICA

PROBLEMAS CAUSADOS POR LA VIBRACIÓN. Tema 2 Problemas causados por la vibración. Las vibraciones se definen como el movimiento oscilante que hace una partícula alrededor de un punto fijo. Este movimiento, puede ser regular en dirección, frecuencia y/o intensidad, o bien aleatorio, que es lo más común.

→ RESONANCIA. De acuerdo a Feynman [6], el desplazamiento vertical del extremo libre de una viga voladiza a la cual se le aplica una fuerza en este extremo.

Donde W es el peso aplicado, Y el módulo de Young, I el momento de inercia de la sección transversal, L su longitud y Z el desplazamiento del extremo libre; si hacemos que 3 3 L YI K =, entonces W = KZ. (14) Es claro que esta relación para la fuerza de restauración de una viga nos permite afirmar que una masa acoplada a su extremo desarrollará un movimiento armónico simple, y que por tanto si se le aplica a la placa una fuerza periódica de frecuencia adecuada entrará en resonancia. Para visualizar el fenómeno recurrimos a un montaje experimental como el de la figura 6; como viga voladiza se utilizará una placa alargada de metal (en este experimento se ha utilizado una segueta de arco). Los pulsos de fuerza periódicos se aplican con un electroimán conectado a un generador de pulsos de fuerza magnética como el descrito más adelante, o también utilizando el equipo comercial mencionado anteriormente. Para medir la frecuencia natural de oscilación de la placa para diferentes longitudes, hay 3 opciones: a) se le agrega un pequeño imán colocado a la mitad de su longitud, y enfrente del imán se coloca una bobina; se amplifica la señal de la bobina y se visualizan las señales de voltaje en un osciloscopio cuando se hace oscilar la placa; esto nos permite medir el período de

PROBLEMAS CAUSADOS POR LA VIBRACIÓN. las oscilaciones y por tanto su frecuencia natural para una longitud dada; b) otra opción es adherirle a la placa una pequeña pantalla opaca que interrumpa la luz que incide sobre una celda solar; la señal de la celda solar se amplifica y se visualiza igualmente con un osciloscopio, y c) usar luz estroboscópica hasta alcanzar una frecuencia en que la varilla casi parezca detenida.

Para analizar este caso se ha diseñado y construido un generador de pulsos de fuerza magnética a partir de un generador de pulsos de frecuencia variable como el mostrado en la figura 7. Los pulsos de voltaje abren y cierran un interruptor digital como el mostrado en la figura 8 que conecta un electroimán a la línea. El circuito original reportado en [7] se ha modificado agregando un diodo a la salida de la bobina.

PROBLEMAS CAUSADOS POR LA VIBRACIÓN. → AFLOJAMIENTOS MECÁNICOS El aflojamiento mecánico produce vibraciones a una frecuencia del doble de la frecuencia de giro. La vibración característica de la soltura mecánica no se produce a menos que intervengan fuerzas externas (desbalance, desalineación). Cuando existe soltura mecánica, la más mínima desalineación, o desbalanceo provoca altos niveles de vibración, por lo que conviene corregir a raíz la causa que lo provoca, que en estos casos es la soltura mecánica. Existen tres tipos de soltura mecánica.

AFLOJAMIENTOTIPO A: Aflojamiento Del Bastidor/Base Estructural. (Estructural y aflojamiento en pedestales) PROBLEMAS: -Perdida estructural/fatiga de la pata de la maquina. -Deterioración. -Distorsión del bastidor o de la base (pie suave). -Pernos de sujeción flojos. Este tipo de problema en ocasiones se puede confundir con problemas de desalineación o desbalance, ya que genera vibraciones a 1x la frecuencia de giro, por lo que se recomienda hacer unanálisis visual en la soportería. la vibración generada por esta causa tiene influencia únicamente en el rotor que tiene el problema. AMPLITU Las lecturas de fase pueden comportarse asi: -Al comparar las lecturas de fase vertical y horizontal se van a encontrar vibraciones con diferencias de fase entre 0° y 180°. FRECUENCIA Recuerde que el apriete de los tornillos debe ser parejo, para evitar distorsión en la base del equipo. Cheque que el equipo de referencia este nivelado, realice un prealineamiento, calzando si es necesario. Montar el calibrador de caratula y seguir la secuencia de alineación. Se trata de checar la inclinación de las caras del acoplamiento a alinear. (móvil).

PROBLEMAS CAUSADOS POR LA VIBRACIÓN. AFLOJAMIENTO TIPO B: Perdida debido al movimiento basculante del pedestal o estructura/pedestal del rodamiento fracturado o fisurado. Este tipo de soltura se presenta en los casos de: -Fisuras o fracturas estructurales o en alojamientos. -Movimiento basculante provocado en ocasiones por pie de apoyo de diferente longitud. -Tornillos flojos en chumaceras. Este tipo de solturas mecánicas se caracteriza por generar componente a 2x la frecuencia del giro. Comportamiento de una chumacera con pernos flojos y su espectro. n general se debe sospechar de soltura mecánica cada vez que se tenga dificultad al efectuar la actividad de alineación o balanceo y se recomienda hacer una inspección visual para detectar cualquier soltura posible. La componente a 2x no siempre se va a presentar acompañado de todas sus armónicas relacionadas a 1/2, pues pudiera ser posible que se presenten únicamente algunas de ellas o incluso ningún. Generalmente se enfrenta a este tipo de problema cuando la amplitud a 2x excede casi un 50% a la que se da a 1x. Las amplitudes de vibraciones son irregulares. Si se toman lecturas de fase con una lámpara estroboscópica, a menudo se mostrarán 2marcas de referencia ligeramente irregulares.

AFLOJAMIENTO TIPO C. Problema de ajuste en los rodamientos y su alojamiento o eje. Los problemas que ocurren y este tipo de soltura son: -Rodamiento flojo en su alojamiento. -Juego interno excesivo en los rodamientos. -Desgaste de los alojamientos en los rodamientos. -Rodamientos girándose en su eje, debido a un ajuste flojo

PROBLEMAS CAUSADOS POR LA VIBRACIÓN. Características: -Armónicas múltiples de 10x hasta 20x. Estas armónicas son resultado de impulsos y truncamientos en la respuesta de la máquina. -Presenta componentes de vibración muy significativas en la dirección de la proximidad del problema. -En el caso de un aflojamiento muy severo, se pueden generar componentes a ½x, es decir a 1 ½ x, 2 ½ x…. También pudieran ser a frecuencias de 1/3x. -La componente generada a ½ x, puede ir acompañada de componentes generados por el desbalance o desalineación.

→ DESGASTE Conforme se desgastan algunos componentes como los rodamientos de bolas o de rodillos, las cadenas giratorias motrices o los engranajes, se podrían producir vibraciones. Cuando el anillo de un rodamiento de rodillos se daña, por ejemplo, los rodillos producirán vibraciones cada vez que pasen por la zona dañada. También puede provocar vibraciones un diente de un engranaje que esté picado o desgastado o una correa giratoria que se esté rompiendo.

→ RUPTURA DE MATERIALES Y SOLDADURAS La fractura de materiales de ingeniera es casi siempre un hecho indeseable por varias razones las que incluyen, la seguridad de vidas humanas, pérdidas materiales y económicas y la interferencia con la disponibilidad de productos y servicios. Muchos materiales, cuando prestan servicio, están sometidos a fuerzas o cargas, ejemplos de ello son: o Los revestimientos refractarios de los hornos o Las aleaciones de aluminio con las cuales se construyen las alas de los aviones o El acero de los ejes de los automóviles las vigas y pilares de los edificios. o En tales situaciones es necesario conocer las características del material y desear la pieza de tal manera que cualquier deformación resultante no sea excesiva y no se produzca la rotura.

PROBLEMAS CAUSADOS POR LA VIBRACIÓN. o El comportamiento mecánico o las propiedades mecánicas de un material reflejan la relación entre la fuerza aplicada y la respuesta del material (o sea, su deformación). Algunas de las propiedades mecánicas ms importantes son: o o o o

Resistencia La dureza La ductilidad La rigidez.

A pesar de la considerable complejidad de los materiales ingenieriles todos los materiales sometidos a cargas se pueden clasificar en tres grupos principales de acuerdo con el mecanismo que ocurre durante su deformación bajo las fuerzas aplicadas. (I). - MATERIALES ELASTICOS (Por ejemplo, los cristales inicios y covalentes). (II). - MATERIALES ELASTOPLASTICOS (Por ejemplo, los metales estructurales). (III). - MATERIALES VISCOELASTICOS (Por ejemplo, los plásticos, los vidrios). A su vez los tipos básicos de deformación de los materiales como respuesta a las fuerzas aplicadas son tres: 1.- ELASTICO. 2.- PLASTICO. 3.- VISCOSO Tipos de Rotura La resistencia a la rotura no es una propiedad, sino el resultado de un ensayo que da la tensión o carga necesaria por unidad de sección para producir la rotura del metal ensayado, como la rotura de un metal puede producirse por tracción, por compresión, por torsión o por cizalladura. Entonces habrá una resistencia a la rotura por tracción, otra por compresión, otra por torsión y otra por cizalladura. En los materiales de ingeniera, existen dos tipos de fractura: dúctil y frágil. La clasificación está basada en la capacidad del material para experimentar deformación plástica. Los materiales dúctiles exhiben normalmente una deformación plástica substancial con muy alta absorción de energía antes de la fractura. Por otro lado, en la rotura frágil existe normalmente poca o ninguna deformación plástica con poca absorción de energía en el proceso de rotura.

PROBLEMAS CAUSADOS POR LA VIBRACIÓN. ❖ Fatiga Existen procesos capaces de producir el fallo catastrófico retardado de componentes o estructuras, que han soportado satisfactoriamente un cierto tiempo de servicio, sin que en ningún momento se hubiera rebasado la carga límite prevista para el fallo estético instantáneo. De entre estos procesos, el ms conocido y estudiado es la fatiga.

❖ IMPORTANCIA DE LA SOLDADURA En la segunda guerra mundial se pudieron observar cerca de mil soldaduras de barcos de transporte, fuera de combate y diecinueve de ellas repentinamente partiéndolos en mitades. los cascos fueron construidos de acero que posea una adecuada ductilidad en ensayos de tracción a temperatura ambiente. Las fracturas frágiles se produjeron a temperaturas relativamente bajas con respecto a la temperatura ambiente aproximadamente 4 grados bajo cero, en la vecindad de la temperatura de transición del acero. cada fisura de la fractura se originó en algún punto de concentración de tensiones. Accidentes Actuales Actualmente los accidentes ms importantes han acaecido en puentes, plataformas petroleras, oleoductos, recipientes a presión, turbogeneradores eléctricos, fuselaje de aviones. Como ejemplo tenemos en la Figura 1.3 la fractura de la chapa de aluminio del ala de una jet de pasajeros.

→ RUIDO La vibración y el ruido, definido como sonidos no deseados, están estrechamente relacionados, el ruido es simplemente una parte de la energía de la vibración de una estructura que se transforma en variaciones de presión. La mayoría de los problemas de ruidos y vibraciones están relacionados con el fenómeno de la

PROBLEMAS CAUSADOS POR LA VIBRACIÓN. resonancia. Siempre va a existir algún nivel de ruido y de vibración en los procesos dinámicos. Las medidas de los ruidos pueden ser comparadas con los estándares internacionales para determinar si están dentro de unos límites aceptables. En algunos casos las medidas de vibraciones pueden ser comparadas con las especificaciones del fabricante de la máquina. Muy a menudo un problema de vibración de la máquina puede indicar un fallo o un malfuncionamiento en la misma. Normalmente tiene su origen en los efectos dinámicos de las tolerancias de fabricación, rozamientos, fuerzas desequilibradas en elementos en rotación, el contacto entre elementos que están rodando, balanceando o deslizando, etc. A menudo, pequeñas vibraciones insignificantes pueden excitar las frecuencias de resonancia de otras partes de la estructura y pueden ser amplificadas a vibraciones mayores y pueden llegar a ser fuentes de ruidos. Por tanto, los sonidos tienen distintas intensidades. As, por ejemplo, si gritamos a alguien en lugar de susurrarle, nuestra voz tiene ms energía y puede recorrer ms distancia y, por consiguiente, tiene ms intensidad. La intensidad se mide en unidades denominadas decibelios (dB) o dB(A)1. La escala de los decibelios no es una escala normal, sino una escala logarítmica, lo cual quiere decir que un pequeño aumento del nivel de decibelios es, en realidad, un gran aumento del nivel de ruido.

PROBLEMAS CAUSADOS POR LA VIBRACIÓN. → PROBLEMAS ELÉCTRICOS Este tipo de vibración es normalmente el resultado de fuerzas magnéticas desiguales que actúan sobre el rotor o sobre el estator. Dichas fuerzas desiguales pueden ser debidas a: o o o o o o

Rotor que no es redondo Chumaceras del inducido que son excéntricas Falta de alineamiento entre el rotor y el estator; entre hierro no uniforme Perforación elíptica del estado Devanados abiertos o en corto circuito Hierro del rotor en corto circuito

En líneas generales, la frecuencia de vibración resultante de los problemas de índole eléctrica ser 1x los rpm, y por tanto se parecer a desbalance. Una manera sencilla de hacer la prueba para verificar la presencia eventual de vibración eléctrica es observar el cambio de la amplitud de la vibración total (filtro fuera) en el instante en el cual se desconecta la corriente de esa unidad. Si la vibración desaparece en el mismo instante en que se desconecta la corriente, el problema con toda posibilidad ser eléctricos solo decrece gradualmente, el problema ser de naturaleza mecánica. Las vibraciones ocasionadas por los problemas eléctricos responden generalmente a la cantidad de carga colocada en el motor. A medida que se modifica la carga, la amplitud y/o las lecturas de fase pueden indicar cambios significativos. Esto explica por qué los motores eléctricos que han sido probados y balanceados en condiciones sin carga muestran cambios drásticos de los niveles de vibración cuando vuelven a ser puestos en servicio.

PROBLEMAS CAUSADOS POR LA VIBRACIÓN. → TURBULENCIA Landau considera la turbulencia como el resultado de un flujo de un fluido inicialmente estable que adquiere un movimiento adicional de vibración, y luego otro y otro. Asi una turbulencia poda ser inicialmente un flujo estable con tres o cuatro movimientos periódicos superpuestos, e ideó un mecanismo por el cual cuando se desata el flujo totalmente turbulento el número de movimientos periódicos se hace infinitamente grande. El mecanismo básico de creación de las vibraciones adicionales se conoce como bifurcación de Hopf, en honor a Eberhard Hopf. En términos de la dinámica de fluidos, turbulencia o flujo turbulento es un régimen de flujo caracterizado por baja difusión de momento, alta convección y cambios espacio-temporales rápidos de presión y velocidad. Los flujos no turbulentos son también llamados flujos laminares. Un flujo se puede caracterizar como laminar o turbulento observando el orden de magnitud del número de Reynolds. También un ejemplo claro de la generación de turbulencia en un flujo es causado debido a imperfecciones en las estructuras por las cuales recorre dicho flujo esto puede generar desgaste en los puntos de los componentes donde sucede este fenómeno.

El estudio de la turbulencia inducida por el flujo es las vibraciones en las tuberas, en ese análisis, se incluyen las fuentes de excitación que se muestran en el gráfico. Nótese que cada una de esas fuentes de excitación son causadas por un fenómeno distinto y ocurren en frecuencias diferentes.

PROBLEMAS CAUSADOS POR LA VIBRACIÓN.

Además de las vibraciones simples, también existen otros tipos de vibraciones como son la vibración aleatoria, los golpeteos intermitentes y la modulación. La vibración aleatoria no cumple con patrones especiales que se repiten constantemente o es demasiado difícil detectar donde comienza un ciclo y donde termina. Estas vibraciones están asociadas generalmente a turbulencia en sopladores y bombas, a problemas de lubricación y contacto metal-metal en elementos rodantes o a cavitación en bombas. Los golpeteos intermitentes están asociados a golpes continuos que crean una sala repetitiva. Estos se encuentran más comúnmente en engranajes, en el paso de las aspas de un impulsor o ventilador, etc. Este tipo de séales tiende a morir debido a la amortiguación del medio. La modulación de amplitud (AM) es la variación en amplitud de una señal, debido a la influencia de otra señal, generalmente, de frecuencia ms baja. La frecuencia que se está modulando, se denomina frecuencia portadora. En el espectro, la componente ms importante es la portadora, y las otras componentes, que parecen armónicos, se llaman bandas laterales. Dichas bandas laterales se ubican simétricamente a cada lado de la portadora, y su distancia es igual a la frecuencia moduladora.

PROBLEMAS CAUSADOS POR LA VIBRACIÓN.

Trabajos citados CRUZ, M. F. (s.f.). VDOKUMENTS . Obtenido de https://vdocuments.mx/problemas-causados-porvibracion.html El fenómeno de la resonancia. (s.f.). Obtenido de file:///C:/Users/jessi/Downloads/DialnetElFenomenoDeLaResonancia-3694141.pdf...