PNF en Mecánica Vibraciones Mecánicas Prof. Charles Delgado



Documentos relacionados
F2 Bach. Movimiento armónico simple

4.1. Movimiento oscilatorio: el movimiento vibratorio armónico simple.

Determinación de la constante elástica, k, de un resorte. Estudio estático y dinámico.

MOVIMIENTO ARMÓNICO AMORTIGUADO

1.1. Movimiento armónico simple

Soporte vertical, cinta métrica, juego de masas, varilla corta, polea, nuez, computador.

Física General I. Curso Primer semestre Turno Tarde. Contenidos de las clases dictadas

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

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMÁTICAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA

TEMA 6 MOVIMIENTO OSCILATORIO CONSEJOS PREVIOS A LA RESOLUCIÓN DE LOS PROBLEMAS

Más ejercicios y soluciones en fisicaymat.wordpress.com

Ejercicios de M.A.S y Movimiento Ondulatorio de PAU

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

Vibración y Dinámica Estructural

III. Vibración con excitación armónica

Ejercicios de M.A.S y Movimiento Ondulatorio de PAU

VI. Sistemas de dos grados de libertad

Ejercicios resueltos

Formatos para prácticas de laboratorio

DINAMICA ESTRUCTURAL. SISTEMAS DE UN GRADO DE LIBERTAD Vibración Forzada

PRÁCTICA REMOTA PÉNDULO FÍSICO AMORTIGUADO

CAMPOS ELÉCTRICOS Y MAGNÉTICOS EN LA MATERIA

En todo momento se supone que el cambio de posición del interruptor es brusco; es decir, se produce en un intervalo nulo de tiempo.

CAPITULO II Espectroscopia del infrarrojo

Movimiento Circular Movimiento Armónico

ECUACIÓN DE OSCILACIONES. Tomado del texto de Ecuaciones Diferenciales de los Profesores. Norman Mercado. Luis Ignacio Ordoñéz

MOVIMIENTO DE UN OSCILADOR ARMÓNICO AMORTIGUADO

Universidad Nacional Experimental De los Llanos Experimentales Occidentales Ezequiel Zamora Guasdualito-Estado Apure

sin Linealización de los sistemas para pequeñas oscilaciones respecto a su posición de equilibrio. cos 1,, 0

Mecánica de Sistemas y Fenómenos Ondulatorios Práctico 4

LABORATORIO DE MECANICA LEY DE HOOKE

TEMA 4: BALANCES DE ENERGÍA. IngQui-4 [1]

Choques Elásticos Apuntes de Clases

Nombre de la As ignatura :Anális is de Vibraciones. Carrera : Ingeniería Mecatrónica. Clave de la as ignatura: MCC-0213

II. Vibración libre de un sistema de un grado de libertad

Análisis Estructural Trabajo práctico de dinámica estructural: Superposición modal

PRUEBA ESPECÍFICA PRUEBA 2011

20 Dinámica + elementos finitos (caso lineal) Diego Andrés Alvarez Marín Profesor Asociado Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales

Métodos numéricos para Ecuaciones Diferenciales Ordinarias

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MATAMOROS. RESPUESTA FORZADA DE UN SISTEMA AMORTIGUADO VISCOSO SUJETO A UNA SOLA FRECUENCIA DE EXCITACIÓN ARMÓNICA.

Ejercicios resueltos

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA TECNOLÓGICO COMFENALCO

5 Casos de estudio 91 5 CASOS DE ESTUDIO

Física Mecánica. Sesión de Problemas Experimento. TEMA: TEOREMA DEL TRABAJO Y LA ENERGÍA. PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA.

Tema 1: movimiento oscilatorio

TEMA 1 CINEMATICA MOVIMIENTOS EN DOS DIMENSIONES MOVIMIENTO CIRCULAR

ONDAS ESTACIONARIAS FUNDAMENTO

METODO SIMPLEX ANALISIS DE SENSIBILIDAD Y DUALIDAD

Tema 9: Movimiento oscilatorio*

4. Mecánica Rotacional

UNIVERSIDAD DISTRITAL Francisco José de Caldas Facultad de Ingeniería Ingeniería Eléctrica. Fecha de Elaboración Fecha de Revisión.

Tema 9: Movimiento oscilatorio

Acústica y vibraciones mecánicas

Movimiento oscilatorio

1. El movimiento ondulatorio.

TEMA 2 NOTACIÓN Y DEFINICIONES. Notación y Definiciones

Semana 07 EDO de 2do orden homogénea - Aplicaciones. Elizabeth Villota Facultad de Ingeniería Mecánica Universidad Nacional de Ingeniería

OSCILACIONES ACOPLADAS

Semana 06 EDO de orden alto - Aplicaciones

Con la ayuda de el dinamómetro implementamos el segundo método de aplicación y medición de fuerzas.

Explorando la ecuación de la recta pendiente intercepto

Sumario 1. Frecuencia una señal periódica

Estática. Equilibrio de una Partícula

SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES

CIRCUITOS y SISTEMAS I

Valor evaluación = 70 % Fecha de entrega: Agosto 20 de Valor presentación taller = 30% Fecha de evaluación: a partir de agosto 20 de 2012.

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

Respuesta forzada sinusoidal (solución EDO no homogénea)

Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería PROGRAMA FISICA 1, Primer Semestre 2013

Colegio Beato Carlos Manuel Rodríguez Departamento de Matemáticas. Mapa curricular Algebra I 8 vo grado

VIBRACIONES AMORTIGUADAS

Cadenas de Markov. José Antonio Camarena Ibarrola

Taller No. 11: Ecuaciones Lineales de Segundo Orden El Oscilador Masa-Resorte Forzado

Oscilaciones forzadas Fenómeno de resonancia

Otros circuitos RLC de 2do orden

Semana 07 EDO de 2do orden no homogénea - Aplicaciones

Guía de ejercicios. Supletorio. Segundo IB

Ejercicios de Sistemas Mecánicos Traslación

Tema 1: movimiento oscilatorio

OSCILACIONES Y ONDAS

AMORTIGUAMIENTO, OSCILACIONES FORZADAS Y RESONANCIA

APUNTES DE FÍSICA II Profesor: José Fernando Pinto Parra UNIDAD 4 MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE

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

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

A) FÍSICA I (CURSO DE LA FACULTAD DE CIENCIAS, CLAVE: T91F1) B) DATOS BÁSICOS DEL CURSO C) OBJETIVOS DEL CURSO

CAPITULO 7.SERIES DE FOURIER Sistemas de funciones ortogonales

Análisis esquemático simplificado de una torre de enfriamiento.

Demostración de la Transformada de Laplace

P. A. U. FÍSICA Madrid Junio Un planeta esférico tiene un radio de 3000 Km y la aceleración de la gravedad en su superficie es 6 m/s 2.

MODULO DE LOGARITMO. 1 log log N x b N N se llama antilogaritmo, b > 0 y b 1. Definición de Logaritmo. Liceo n 1 Javiera Carrera 2011

Solución de ecuaciones de segundo grado completando el trinomio cuadrado perfecto

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

LANZAMIENTO HACIA ARRIBA POR UN PLANO INCLINADO

PRÁCTICA No. 5 Estados del flujo en un canal

LABORATORIO DE MECANICA LEY DE HOOKE

Tema 3: Acústica física III

Vectores y Escalares

Modelo Académico de Calidad para la Competitividad AIND-01 92/98

Rige:2005 Aprobado H.C.D.: Res. : Modificado/Anulado/Sust H.C.D. Res. :

Transcripción:

Vibraciones en máquinas LOS MOVIMIENTOS VIBRATORIOS en máquinas se presentan cuando sobre las partes elásticas actúan fuerzas variables. Generalmente, estos movimientos son indeseables, aun cuando en algunos casos (transportadores vibratorios, por ejemplo)se diseñan deliberadamente en la máquina. EL ANÁLISIS DE LAS VIBRACIONES requiere el siguiente procedimiento general: 1. Evaluar las masas y la elasticidad de las partes envueltas. 2. Calcular la cantidad de rozamiento envuelta. 3. Idealizar el implemento mecánico real, reemplazándolo por un sistema aproximadamente equivalente de masas, resortes y amortiguadores. 4. Escribir la ecuación diferencial de movimiento del sistema idealizado. 5. Resolver la ecuación e interpretar los resultados. EL SISTEMA IDEAL MAS SENCILLO consiste de una masa única, un resorte único y un amortiguador, como muestra la figura 1. La ecuación diferencial de movimiento para este sistema es m = masa. k = constante del resorte (fuerza por unidad de deformación). c = constante de amortiguamiento (fuerza por unidad de velocidad). (Se supone que la amortiguación es viscosa, es decir que la fuerza resistente es proporcional a la velocidad.) F(t) = fuerza externa cualquiera, función del tiempo. x = desplazamiento de la masa desde la posición de equilibrio estático. = derivadas, primera y segunda respectivamente, de x con respecto a t. Figura 1: Sistema Masa Resorte Amortiguador 1

CUALQUIER SISTEMA DE UN SOLO GRADO DE LIBERTAD puede describirse por medio de la misma forma de ecuación diferencial escrita anteriormente y si la fuerza de restitución (fuerza del resorte) es proporcional a la velocidad. Para el sistema general de un solo grado de libertad podemos escribir Donde son la masa equivalente, la constante de amortiguamiento equivalente y la constante del resorte equivalente, respectivamente. El desplazamiento x puede ser lineal o angular. La función excitadora, F(t), puede ser de cualquier forma en La práctica. Para este análisis se supone que es sinusoidal: F 0 es la amplitud de la fuerza aplicada externamente y ω es la frecuencia angular. LAS VIBRACIONES LIBRES se presentan cuando después de una perturbación inicial, no existe ninguna función externa de excitación, esto es, F(t) = 0. La ecuación diferencial es La solución de esta ecuación puede escribirse y A 1 y A 2 son constantes determinadas por las condiciones iniciales. y En el caso particular en que, S 1 = S 2 = S y la solución es EL AMORTIGUAMIENTO CRITICO se refiere al caso especial que se acaba de mencionar para el cual y, es llamado el valor crítico del coeficiente de amortiguamiento. Si el amortiguamiento es mayor que el crítico, entonces la solución de la ecuación para vibraciones libres no contiene términos periódicos. La masa, después de la perturbación inicial, regresa hacia la posición de equilibrio pero no oscila. AMORTIGUAMIENTO MENOR QUE EL CRÍTICO. Esta es la situación oscilatoria. La solución de la ecuación diferencial para vibraciones libres puede escribirse en la forma 2

,, es la frecuencia amortiguada del sistema. Si el amortiguamiento fuera cero la frecuencia seria, la cual se llama frecuencia natural. Las constantes X y se determinan de las condiciones iniciales. PARA VIBRACIONES FORZADAS, la solución de la ecuación diferencial es la dada anteriormente para vibraciones libres, adicionada de una integral particular. La solución puede escribirse en la forma La primera parte de la expresión anterior representa la vibración transitoria, la cual desaparece con el tiempo. La segunda parte se llama vibración en estado estacionario y es la parte que generalmente presenta más interés para el ingeniero. LA AMPLITUD EN ESTADO ESTACIONARIO Y es Esta expresión puede escribirse es la relación de frecuencias y es la relación de amortiguamiento EL FACTOR DE AMPLIFICACIÓN M es M es la relación entre la amplitud del desplazamiento en estado estacionario y el desplazamiento que produciría una fuerza estática igual a F 0. EL ÁNGULO DE FASE puede determinarse de las expresiones 3

LA FUERZA TRASMITIDA A LA BASE es la suma de la fuerza del resorte y de la fuerza de amortiguamiento; Usando la solución en estado estacionario mostrada anteriormente para x, puede demostrarse que la amplitud de la fuerza trasmitida es LA TRASMISIBILÍDAD es la relación entre la amplitud de la fuerza transmitida y la amplitud que se tendría si la masa estuviera anclada a la base (sin resorte y amortiguado) LA FUNCIÓN EXCITADORA, en la discusión anterior, estaba en la forma de una fuerza periódica aplicada a la masa móvil. Otra situación importante se ilustra en la figura 2. Aquí un movimiento periódico de la base produce el movimiento de la masa, Corrientemente, el problema de diseño en esta situación consiste en escoger un resorte y un amortiguador tales que la amplitud del movimiento de la masa sea pequeña en comparación con la amplitud del movimiento de la base. Z (t) k e x c e Figura 2 Si z (t) se toma de modo que sea sinusoidal, esto es masa es la ecuación diferencial para el movimiento de la es un ángulo de fase. La ecuación diferencial anterior, excepto por el ángulo de fase previamente. La solución muestra que la amplitud de la vibración en estado estacionario es, es idéntica en su forma a la ecuación discutida 4

LA TRASMISIBILIDAD es la relación entre la amplitud del movimiento de la masa y el de la base. LOS SISTEMAS DE MAS DE UN GRADO DE LIBERTAD no pueden describirse mediante una simple ecuación diferencial de segundo orden. Un análisis completo de un sistema tal requeriría, en general, la solución simultánea de un sistema de n ecuaciones de segundo orden, n es el número de grados de libertad del sistema. Sin embargo, existen métodos prácticos relativamente sencillos que permiten determinar la frecuencia más baja de vibración (o frecuencia fundamental), Esta información es de gran importancia para el ingeniero proyectista. El sistema de dos grados de libertad de la figura 3 pasee dos modos de vibración. En el primer modo las dos masas se mueven en fase, alcanzando los desplazamientos máximos en el mismo sentido y en el mismo instante. En el segundo modo las masas están fuera de fase, alcanzando los desplazamientos máximos en sentidos opuestos y en el mismo instante. Figura 3 EL MÉTODO DE LA ENERGÍA para determinar la frecuencia del primer modo se basa en que, si se desprecia el rozamiento, la energía cinética máxima del sistema debe ser igual a su energía potencial máxima. Sean X 1 = amplitud del desplazamiento de la masa m i y X 2 = amplitud del desplazamiento de la masa m 2. Supongamos un movimiento sinusoidal de frecuencia. La energía cinética máxima del sistema será La energía potencial máxima almacenada en el resorte será Sin rozamiento, 5

de la cual ó Esta ecuación daría la primera, o más baja, frecuencia natural de vibración, si se conociera la relación de amplitudes. El procedimiento práctico consiste en ensayar una serie de valoree para esta relación. El valor que dé el resultado más bajo para w es el más cercano al valor correcto. LA RESONANCIA se define en varias formas en textos diferentes. El término se refiere generalmente a la operación en la vecindad de la amplitud máxima en vibración forzada, Para un sistema sin rozamiento significa operación a la frecuencia natural. Con amortiguamiento viscoso y una función excitadora de la forma se obtiene cuando la frecuencia de operación es aplicado a la masa, la amplitud máxima Notar que es diferente a la frecuencia amortiguada. En ausencia de implementos de amortiguamiento colocados deliberadamente, el factor es generalmente pequeño y y son aproximadamente iguales. Por tanto, se usa ordinariamente en cálculos de ingeniería. En los problemas, cuando se menciona la resonancia, significará operación a la frecuencia natural. Para sistemas de varios grados de libertad, resonancia significará operación a cualquiera de las frecuencias naturales. Referencia: SETO, William. Vibraciones Mecánica, Serie Schaum. McGraw Hill. 6