VIBRACIONES TRANSMISIBILIDAD

Documentos relacionados
FÍSICA II VIBRACIONES MECÁNICAS UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID ETSI MINAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA APLICADA A LOS RECURSOS NATURALES

MEDICIÓN DE VIBRACIONES MECÁNICAS.

REDUCCIÓN DE VIBRACIONES

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DEPARTAMENTO DE MECÁNICA (27/05/2009)

vibraciones, pequeños movimientos que pueden repetirse con mayor o menor velocidad alrededor de una posición media de equilibrio estable.

PRACTICA 2 VIBRACIONES FORZADAS. 1. Familiarizar al estudiante con los equipos y formas de medición de vibraciones utilizando acelerómetros.

VI. Sistemas de dos grados de libertad

DINAMICA ESTRUCTURAL. SISTEMAS DE UN GRADO DE LIBERTAD Vibración Forzada

Exposición a vibraciones en el lugar de trabajo

TEMA 2 NOTACIÓN Y DEFINICIONES. Notación y Definiciones

Vibraciones Mecánicas

FISICA 2º BACHILLERATO

Si una onda senoidal se propaga por una cuerda, si tomamos una foto de la cuerda en un instante, la onda tendrá la forma

PRACTICA 3 VIBRACIONES FORZADAS CON AMORTIGUADOR DINÁMICO

Sistemas de un Grado de Libertad Sujetos a Vibración Forzada.

FÍSICA. 2º BACHILLERATO. BLOQUE II. VIBRACIONES Y ONDAS. Examen 2

Dinámica Estructural:

Ejercicios de Sistemas Mecánicos Traslación

CARRERA : Ing. MECÁNICA GUIA DE PROBLEMAS Nº12

Modelo del Desarrollo del Programa de una Asignatura

FÍSICA - 2º BACHILLERATO MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE - HOJA 1

Trabajo Práctico 2 SISTEMAS DE 2 GRADOS DE LIBERTAD PRIMERA PARTE: APLICACIÓN DE LAS ECUACIONES DE LAGRANGE


Examen de TEORIA DE MAQUINAS Diciembre 12 Nombre...

tg φ 0 = sen φ 0 v máx = d A sen(ω t + ϕ 0 )

VIBRACIONES Y ONDAS 1. 2.

Física I Apuntes de Clase 9, Turno H Prof. Pedro Mendoza Zélis

SUPERPOSICIÓN DE M.A.S.

Problemas de Movimiento vibratorio. MAS 2º de bachillerato. Física

Acústica y vibraciones mecánicas

CAPÍTULO II BASES TEÓRICAS

Unidad 12: Oscilaciones

III. Vibración con excitación armónica

Semana 09 EDO de 2do orden no homogénea - EDO orden n - Aplicaciones

Respuesta forzada sinusoidal (solución EDO no homogénea)

Ejercicio nº 1 Deducir la ecuación del movimiento asociado a la gráfica. Ejercicio nº 2 Deducir la ecuación del movimiento asociado a la gráfica.

APUNTES DE FÍSICA I Profesor: José Fernando Pinto Parra UNIDAD 10 CINEMÁTICA DE ROTACIÓN

EJERCICIOS DE SELECTIVIDAD ONDAS

NOTA CALI/ORDEN/PRES ORTOGRAFÍA PUNTUACIÓN EXPRESIÓN NOTA FINAL

PNF en Mecánica Vibraciones Mecánicas Prof. Charles Delgado

Dinámica del Sólido Rígido

Actividades del final de la unidad

TEMA 9. MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE

donde g es la gravedad y l es la longitud de la

3 Movimiento vibratorio armónico

al movimiento de la masa de la varilla respecto del laboratorio. Con los datos del enunciado: ( ) = F 0 δ m ( ) = Bsen ω π f 2 = x x 1 ( ) = t π) =

» Ecuación del movimiento libre de un grado de libertad amortiguado: ED lineal de 2º orden homogénea cuya solución es de la forma:

C OC: +A OD: -A. P OP: y (elongación)(m) PCDP: oscilación(m) mecedora. péndulo. muelle

Examen de TEORIA DE MAQUINAS Diciembre 12 Nombre...

Formatos para prácticas de laboratorio

TEORÍCO-PRÁCTICAS (4 puntos cada pregunta)

1.3. BREVE REPASO DE TRIGONOMETRÍA.

CONCEPTO DE CINEMÁTICA: es el estudio del movimiento sin atender a las causas que lo producen

Mecanismos y Elementos de Máquinas. Mecanismos y Sistemas de Aeronaves. Apunte Rodadura. Pablo L Ringegni Andrés Martinez del Pezzo

Trabajo Práctico n 2. Robotización de un Puente Grúa. Presentación. Restricciones. Curso 2011

TEMA 4 SISTEMAS DE 2 GRADOS DE LIBERTAD. Sistemas de 2 Grados de Libertad

BACHILLERATO FÍSICA C. MOVIMIENTOS OSCILATORIOS. Dpto. de Física y Química. R. Artacho

OSCILACIONES Y ONDAS

Encuentre la respuesta para cada uno de los ejercicios que siguen. No se debe entregar, es solo para que usted aplique lo aprendido en clase.

Unidad 8. J.M.L.C. - Chena - IES Aguilar y Cano. Vibraciones y ondas. Movimiento ondulatorio.

VIBRACIONES AMORTIGUADAS

DINÁMICA. Un cuerpo modifica su velocidad si sobre él se ejerce una acción externa.

Analista de Vibraciones Categoría 1 Monitoreo de Estado y Diagnóstico de Equipos

Dinámica del Sólido Rígido

Laboratori de Mecànica de Fluids i Motors Tèrmics. E.U.P.M. Departament de Màquines i Motors Tèrmics. U.P.C. Prof: J.J. de Felipe

L=1,85. a) Suponemos que la viga tiene sólo una masa puntual para asimilarlo al comportamiento de un muelle de constante elástica:

Movimiento armónico simple

INDICE. Introducción 1. Movimiento vibratorio armónico simple (MVAS) 1. Velocidad en el MVAS 2. Aceleración en el MVAS 2. Dinámica del MVAS 3

MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE

CÁTEDRA DE FÍSICA I OSCILACIONES - PROBLEMAS RESUELTOS

CAPITULO II MOVIMIENTO DE UN PLANO INCLINADO. El transporte vibratorio de un plano inclinado es ampliamente usado en la transportación de

Movimiento Armónico Simple

UNIVERSIDAD TECNICA LUIS VARGAS TORRES DE ESMERALDAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y TECNOLOGIAS CARRERA DE INGENIERIA MECANICA

Anejo 5. Justificación de la Acción Sísmica

Slide 1 / 71. Movimiento Armónico Simple

Posición de un Cuerpo. Elementos para la descripción del movimiento. Vector de Posición y Vector Desplazamiento

Vibraciones Mecánicas MC-571. Facultad de Ingeniería Mecánica Universidad Nacional de Ingeniería

ESTATICA. Debajo se encuentran las formulas para calcular las componentes y el ángulo α que determina la dirección de la fuerza.

CONCEPTOS BÁSICOS DE VIBRACIÓN Parte II. José Antonio González Moreno Febrero del 2013

Transformada de Laplace: Aplicación a vibraciones mecánicas

Física 2º Bach. Ondas 10/12/04

FÍSICA GENERAL Fac. Cs. Exactas - UNCPBA

PROYECTO DOCENTE ASIGNATURA: "Mecánica de Máquinas y Vibraciones"

Examen de Física-1, 1 Ingeniería Química Examen final. Septiembre de 2016 Problemas (Dos puntos por problema).

Para establecer la relación entre coordenadas cartesianas y polares es suficiente proyectar r sobre los ejes x e y. De la gráfica se sigue que:

VELOCIDAD Y ACELERACION. RECTA TANGENTE.

INSTITUCIÓN EDUCATIVA FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

TRABAJO DE ELEMENTOS DE MÁQUINAS Y VIBRACIONES 3º INGENIERÍA INDUSTRIAL

TEMA 8: LA DESCRIPCION DE LOS MOVIMIENTOS: CINEMÁTICA.

Ejercicio integrador

Ing. Adilene Mandujano Ruiz

Nota Técnica RB Desbalance del Ventilador de un Intercambiador de Calor

TAREA 8, [ completa: incisos a), b), c), d), e) f) y g) ] CURSO FISICA I Resolver INDIVIDUALMENTE. Entregar el Martes 19 de noviembre, de 9 a 11 hrs

Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires

Para definir el movimiento tenemos que calcular su ecuación, donde veremos la relación entre las magnitudes que intervienen e influyen sobre él.

ÍNDICE 1.- SISMO Datos generales de sismo Espectro de cálculo Coeficientes de participación...

MDOF. Dinámica Estructural Aplicada II C 2012 UCA

Transcripción:

Departamento de Aeronáutica Facultad de Ingeniería Universidad Nacional de La Plata VIBRACIONES TRANSMISIBILIDAD Mecánica y Mecanismos Pablo L. Ringegni / Andrés Martínez del Pezzo Revisión 1 La Plata 18

AISLACION DE VIBRACIONES Por razones estructurales y de confort no es conveniente que las vibraciones producidas por los equipos se transmitan totalmente a la base o fundación sobre la que están montados o a otras partes. Así, son ejemplos: un motor (de cualquier tipo) que transmite vibraciones a la fundación o a las personas que viajan en el mismo o un equipo electrónico montado sobre un vehículo que recibirá vibraciones de la estructura de este, por efecto de las irregularidades del camino (o ráfagas de viento o turbulencias en el caso de un avión). En algunos casos, el efecto que se transmite deja de ser vibratorio para convertirse en un efecto impulsivo (choque). Las consecuencias de una transmisión directa de estos efectos desde la fuente de vibración a un equipo, persona o estructura pueden llegar a ser críticas en muchos casos y molestas en otros. Surge entonces la necesidad de introducir algún tipo de aisladores o atenuador de vibraciones (o choque) con el objeto de atenuar, los efectos que esa fuente vibratoria provoca. La función de tal atenuador será entonces reducir tanto como se pueda la magnitud de las fuerzas o de los movimientos transmitidos desde la fuente según sea el caso. De esta manera, las formas de reducir estas vibraciones son: 1º) Suprimir la fuente de la vibración en la mayor proporción posible. º) Diseñar un sistema de aislación, que puede establecerse según dos situaciones o casos: A.- Aislando la fuente de vibración del sistema de interés o sistema que se quiere resguardar. Esta situación es analizada en términos de reducir la fuerza transmitida por la fuente a los puntos de montaje sobre la base. Este es el caso BASE FIJA OBJETO MOVIL B.- Aislando el equipo o sistema de interés de la fuente de vibración. Esta situación contempla el análisis en términos de reducir el desplazamiento de vibración transmitido desde la base, que es la que se mueve, hacia el equipo o sistema. Este es el CASO BASE MOVIL OBJETO MOVIL

CASO A: BASE FIJA Y OBJETO MÓVIL (TRANSMISIBILIDAD DE FUERZAS) F (t)=fo sen(t) m x k c Bloque aislador Figura 1 El desplazamiento de la masa m, con una Fuerza actuante F, un resorte de constante k, y un amortiguador con una constante c, en forma genérica es: Reemplazando la amplitud A o queda: x = Ao. sen(t θ) x = ( Fo m ). ( 1. sen (t θ) ( ) + 4. h. ) Y también se puede escribir de la forma: x = ( Fo k ). (1 ( )) ( 1 + 4. h. ( ) ). sen (t θ) La fuerza transmitida (f t ) a la base es: f t = k. x + c. x Que reemplazando por el desplazamiento (x) y la derivada de este (x ) se obtenemos: f t = Ao. [k. sen(t φ) + c.. cos(t θ)] 3

f t = Ao. k + (c. ). [sen(t θ)] Donde la amplitud máxima de la fuerza transmitida (f ot ) es: f ot = Amplitud = Ao. k + (c. ) Donde si se reemplaza la amplitud queda: f ot = ( F o m ). ( k + (c. ) ( ) + 4. h. ) f ot = ( F o m ). k 1 + ( c k. ) o (1 ( ) + c m.. m k ) f ot = F o. 1 + 4. c c c. (1 ( ) + 4. c c c. ) Entonces, el coeficiente de transmisibilidad se denomina T F, (TRASMISIBILIDAD FUERZA) y es igual a: T F = f ot F o 1 + (. c c. c ) 1 + (. ε. ) T F = = (1 ( ) + (. c. ) c c (1 ) ( ) + (. ε. ) ) (A) 4

TF Transmisibilidad Rev. GRAFICANDO 3 Transmisibilidad,5 1,5 1,5 Incremento de C/C C/C = C/C =,5 C/C =,5 C/C = 1,5 1 1,5,5 3 3,5 / Amplificación Aislación En la región donde: Figura > T o F < 1 Fuerza transmitida (f ot ) < F exitadora (F ) (Zona conveniente de trabajo). Convendría trabajar con c =, pero para evitar fuertes picos cuando se pase por resonancia ( = 1), se colocará un amortiguador. o Aislador: - k pequeño o aumentar la masa. - c adecuadamente importante según en qué zona este por encima de En la región donde: o < T F > 1 5

Se debe adoptar c lo mayor posible para un dado valor de. c c o Conviene gran amortiguamiento y resorte duro. Aislador: - k grande ( resorte duro ). - c grande (amortiguamiento importante). En la zona donde: o 1 (RESONANCIA) T R queda totalmente determinado por el valor de ε = c c c CASO B: BASE MOVIL - INSTRUMENTO MÓVIL (TRANSMISIÓN DE DESPLAZAMIENTO) La base que vibra se vincula al cuerpo de masa m. mediante un bloque o sistema resorte amortiguador. La base vibra con un movimiento conocido y = Y.sen(.t). y se transmite al cuerpo El desplazamiento relativo z estará dado por: Donde: z = x y x: movimiento absoluto de la masa m y: movimiento absoluto de la base z: movimiento relativo de la masa respecto de la base Figura 3 Planteando F = m a la ecuación de movimiento de movimiento absoluto de la masa m es: 6

m. x + k. z + c. z = Que reemplazando por la expresión de z queda: m. x + k. (x y) + c. (x y ) = m. x + k. x + c. x = k. y + c. y m. x + k. x + c. x = k. Y. sen(t) + c. Y.. cos (t) La solución particular de esta ecuación será la suma de la solución particular con la fuerza entrada del amortiguador: c. Y.. cos(t) Xp(1), y la de la fuerza entrada del resorte: k. Y. sen(t) Xp() Entonces dividiendo la última por la masa m se tiene: x + o. x +. h. x =. h.. Y. cos(t) + o. Y. sen(t) Reemplazando h = se obtiene: Sustituyendo: x + o. x +. ε. o. x =. ε.. o. Y. cos(t) + o. Y. sen(t) Fo m =. ε.. o. Y En la ecuación de la solución de la ecuación de movimiento para un sistema F, k, c. Para x p (1) : Para x p () : x p (1) = x p () = Por principio de superposición: x p = x p (1) + x p () Luego. ε.. o. Y (o ) + (. ε.. o). sen(t θ 1). ε.. o φ 1 = arc tg. o o. Y (o ) + (. ε.. o). cos(t θ ) o θ = arc tg.. ε. o 7

TD Transmisibilidad Rev. o x p (t) = o. Y. + (. ε. ) (o ) + (. ε.. o). cos (t θ 1 θ ) (B) Si definimos X (amplitud máxima del desplazamiento de la masa m) como: X = Y. 1 + (. ε. (1 o ) o ). cos (t θ 1 θ ) + (. ε. o ) T D = X Y = 1 + (. ε. (1 o ) o ) + (. ε. o ) Esta última expresión da la relación de amplitud entre el desplazamiento máximo del cuerpo y el desplazamiento máximo de la entrada (base móvil). Se denomina TRANSMISIBILIDAD DESPLAZAMIENTO Graficando se obtiene la misma gráfica que la de la figura. 3 Transmisibilidad,5 1,5 1,5 C/C = C/C =,5 C/C =,5 C/C = 1,5 1 1,5,5 3 3,5 / -En resonancia se transmite el máximo desplazamiento de la base al cuerpo. 8

-Para o < T D > 1 (el movimiento de la masa es una amplificación del movimiento de la base y depende del amortiguamiento). -Para o > T D < 1 (ídem análisis anterior) NOTA: Esta expresión (C) tiene la misma forma que la expresión (A). Es importante notar que, aunque tengan la misma forma representan diferentes problemas de aislación y describen distintos fenómenos. Para este problema particular, otra expresión importante es la fuerza transmitida a la masa como resultado del movimiento de la base. F(t) = k (x y) + c (x y ) Esta fuerza balancea la inercia de la masa m. F(t) = m. x (t) En el régimen permanente la solución para el desplazamiento x se obtiene reemplazando en esta última con la segunda derivada de la expresión (B): F(t) = m. o. o. Y. + (. ε. ) (o ) + (. ε.. o). cos(t θ 1 θ ) (D) La amplitud de la fuerza transmitida (F T ) es: F T = m. o. o. Y. + (. ε. ) (o ) + (. ε.. o) Y si la dividimos por F T nos queda: F T = k. Y. ( o ). 1 + (. ε. (1 o ) o ) + (. ε. o ) Que expresándolo en forma adimensional se puede escribir como: 9

FT/k.Y Transmisibilidad Rev. F T k. Y = ( 1 + (. ε. o ). o ) (1 o ) + (. ε. o ) Esta relación adimensional expresa la fuerza Ft que percibe la masa m ante un desplazamiento de la base Y. Se aprecia como el desplazamiento de la base resulta en una fuerza aplicada a m. Al analizar las expresiones (B) y (D) se puede concluir que la fuerza transmitida a la masa m es en fase con el desplazamiento de la masa. 1 Fuerza transmitida adimensional 1 1,1,5 1 1,5,5 3 3,5 C/C =,1 C/C =,1 C/C =, C/C = 1,1 / 1

TRANSMISIBILIDAD RELATIVA INSTRUMENTOS DE MEDICION Partiendo del caso de transmisibilidad desplazamiento, si se analiza la coordenada relativa Z (es decir, lo que indica la aguja sobre la carcasa del instrumento, que representa una medida de lo que se mueve la base), se puede utilizar este sistema como instrumento para medir la vibración de la base. Este instrumento se llama Acelerómetro, Velocímetro o Sismómetro según el rango de frecuencia de la vibración que se busca medir. El esquema para analizar este sistema es: c m k z x (coordenada absoluta de m) y=y.sen(.t) Coordenada absoluta de la base De forma análoga a lo planteado en el caso de transmisibilidad desplazamiento se puede plantear: Despejando z: La ecuación de movimiento se expresa: z + o. z +. h. z = Y.. sen(t) x = z + y z = x y m. x + k. z + c. z = m. (z + y ) + k. z + c. z = m. z + k. z + c. z = m. y Hay que notar que queda la expresión en la coordenada de movimiento relativo Donde: Y. = Fo m Por analogía la solución es: Y. z = (. sen (t φ) (o ) + 4. h. ) 11

Z/Y Transmisibilidad Rev. z = m. Y. ( ) k (1 o ) + (. ε. o ). sen(t φ) z = Y. ( o ) (1 o ) + (. ε. o ). sen(t θ) Lo que marca la aguja sobre la caja da una medida de la vibración de la superficie. Representa lo que mide el instrumento. T R = Z Y = o (1 o ) +(.ε. o ) Relación de desplazamiento relativo 3,5 1,5 1,5 Vibrómetro Sismómetro,5 1 1,5,5 3 3,5 4 4,5 Acelerómetro / C/C =,1 C/C =,5 C/C =,5 C/C = 1 > 3 entonces z = 1 o Y igual magnitud. El desplazamiento relativo y el desplazamiento de la base tienen z = Y Mido amplitud (resorte blando y masa grande). 1

El instrumento puede ser usado para medir desplazamiento de la base si la frecuencia de vibración de la base es mayor a tres (3) veces la frecuencia del instrumento. o ( o Pequeño, ε pequeño) z Y o z Y. o Para frecuencia o bajas, la posición relativa z(t)es proporcional a la aceleración de la base Y. Rango de operación del instrumento como acelerómetro < o <, o 1 T R = z Y = ( o ). ε. o z = 1.. Y. ε. o Mido con el instrumento velocidad de la base. Y 13