VIBRACIÓN
En el
terreno de la física, una vibración se produce cuando se propagan ondas elásticas que causan tensión y deformación en un medio continuo. Puede
decirse que las vibraciones suponen movimientos que se repiten en torno a una
posición de equilibrio (que es la posición resultante cuando la sumatoria de
fuerzas en cualquier eje es igual a cero).
MOVIMIENTO SUBAMORTIGUADO
Es decir, es una onda senoidal con un desfase
determinado, modulada por una exponencial que decrece con el tiempo y una
constante.
La masa tenderá a su posición de reposo pero la
fuerza amortiguadora no es lo suficientemente fuerte como para frenarlo antes
de que llegue al punto x=0 (punto de reposo). Como se puede ver a la derecha,
se pasará del punto de reposo.
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Luego volverá en la otra direción, se pasará de
nuevo del centro y volverá a pasarse cuando vuelva, cada vez la oscilación
será menor, así hasta en infinito donde teóricamente se detendrá.
En la gráfica de la derecha se puede ver el
movimiento un tanto exagerado (para lo que sería un altavoz), y la
exponencial como módulo de la función coseno.
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Tenemos algunos ejemplos que mostrar, que será
brevemente expuestos en lo que continua del articulo.
-La
suspensión de un automóvil o un motor eléctrico sostenido por resortes sufren
de vibración subamortiguada cuando alguno de ellos esta desbalanceado, la
frecuencia con la que se producen las vibraciones es mucha.
-Aplicado
a motores de combustión interna: Las principales fuentes de
vibraciones en un MCI son las siguientes
a) Irregularidades en el
momento torsor a la salida del cigueñal.
b) Existencia de fuerzas y
momentos de fuerzas de inercia desbalanceados en el mecanismo biela-manivela
c) Carácter impulsivo de la
fuerza de los gases en el cilindro
d) Cargas de impacto en
pares cinemáticos del mecanismo biela-manivela (MBM) y otros mecanismos
auxiliares, dadas por holguras tecnológicas y fuerzas variables.
La causa (a) es mas
importante en la medida en que el motor tiene menos cilindros, la (b) depende
del esquema del motor, mientras que la (c) y (d) son inevitables. La fuerza de
los gases tiene un contenido de frecuencias concentrado en la zona de bajas frecuencias,
desde 0 a 2-3 kHz, capaz de excitar frecuencias naturales de la estructura del
bloque. Las cargas de impacto surgen en el mecanismo de distribución, por la
holgura térmica en el accionamiento de las válvulas, durante el movimiento de
la aguja del inyector al chocar contra su asiento, entre camisa y pistón y
también en los pares del cigueñal. De gran importancia por su valor y por
influir en la vida útil del conjunto de cojinetes del cigueñal son estas
últimas. Para su estudio se necesita determinar la cinetoestática de un
mecanismo considerando las holguras en sus pares cinemáticos lo que hace que
aumente el número de sus grados de libertad independientes. Este aspecto se ha
tratado desde diferentes puntos de vista, que
abarcan la inclusión en el mecanismo de un elemento
rígido adicional sin masa , considerar las superficies elásticas e
incluir el amortiguamiento, el empleo de la mecánica del intercambio de
momentos. Los resultados de todos los trabajos son semejantes en general. De
los enfoques anteriores el mas adecuado a las condiciones de un motor en
régimen de rotación en caliente es el planteado por Gabrilin, que considera la
posibilidad de la pérdida y recuperación del contacto entre las superficies en
el muñón de biela de un motor en línea, el cual puede ocurrir si la fuerza de
los gases Pg.
Esto puede ocurrir en alguna
característica parcial para motores de carburación o diesel sobrealimentados,
en posiciones cercanas al PMS durante la carrera de expansión. La condición
será que se mantenga una velocidad cercana a la nominal y una carga media sobre
el motor, y con mayor probabilidad en los regímenes transitorios. En los puntos
de apoyo pueden presentarse cargas de impacto en dependencia del régimen y de
la estructura del motor. Se ha comprobado que el contacto metálico entre las
superficies ocurre en dependencia de la relación entre el tiempo de aplicación
de la carga, la viscosidad del lubricante y el área de las superficies en
contacto, siendo más probable a menores velocidades del motor, menores
viscosidades del lubricante, mayores holguras en el par y mayores tiempos de
aplicación de la carga, lo cual se puede presentar en los diesel de media o
baja velocidad en características parciales, alrededor del PMS en la carrera de
expansión. Lo anterior depende también del diseño del cojinete y del sistema de
lubricación del mismo. Entre pistón y cilindro surgen cargas impulsivas durante
el tiempo de expansión, como resultado del cambio en la dirección de la fuerza
normal al cilindro, que ocurre en los PMI y PMS o cuando la fuerza de inercia
total de la masa alternativa se iguala a la fuerza de los gases. El movimiento
posterior del pistón en estas condiciones no ha sido totalmente esclarecido
llegando a proponerse diferentes modos de movimiento del pistón en el cilindro
que van desde el contacto entre ambos solo por la corona del pistón y la falda,
a todo lo largo del pistón hasta el movimiento libre sin contacto con el
cilindro. Otro enfoque parte de que siempre existe al menos contacto por la
corona o por la falda a uno u otro lado del pistón y considera la influencia de
las deformaciones de ambos elementos y la lubricación en el par. La incidencia
de este movimiento en las vibraciones en la zona del cilindro se hace notable alrededor
de las frecuencia de 1 kHz y superiores, y es resultado tanto del efecto de la
fuerza de los gases como del choque del pistón contra la camisa. Las
vibraciones en el mecanismo de distribución son claramente atribuibles al
impacto que los elementos del mismo deben sufrir en el lugar donde se tenga la
holgura térmica. Esta claro que en la medida en que esta holgura varíe, variará
el nivel de la vibración producida. Considerando todo lo anterior se puede
concluir que existe una relación directa entre el valor de las holguras en
estos pares y el nivel de vibraciones y que estas pueden ser empleadas como
parámetro de diagnóstico de las mismas, representando una herramienta muy
atractiva para el diagnóstico de defectos hasta ahora difíciles de evaluar por
otras vías. El ruido del motor puede ser también empleado como parámetro de
diagnóstico y de hecho esto se hace de forma subjetiva por muchos
experimentados operarios. La evaluación cuantitativa del ruido mas extendida en
estos momentos es mediante la presión sonora pero esta es altamente influida
por las condiciones ambientales por lo que su medición requiere del
cumplimiento de exigentes condiciones. Todo esto limita la aplicación de esta
técnica en el diagnóstico. Una perspectiva interesante se presenta con el uso
de la intensidad del sonido que se define como vector y que es menos influida
por el ambiente y además factible de usar para conocer las fuentes de ruido
directamente. Hasta ahora su uso se ha limitado a problemas ecológicos pero es
una posibilidad mas a considerar.
Referencias
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