Santilln Martnez Ulises 1

. INSTITUTO TECNOLOGICO DE TAHUAC I

Investigacin: Vibraciones en diferentes maquinas

Alumno: Santilln Martnez Ulises

Profesor: Ing. Alejandro Flores Alonso

Materia: Vibraciones Mecnicas

Grupo: 6M1

Generacin:

2012-2016

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Indic

Introduccin.3

Desarrollo.6

Conclusin.13

Bibliografa..14

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Introduccin

Las vibraciones se comenzaron a estudiar a partir de que surgi la duda de cmo

es que el sonido llegaba al odo humano y como este se propagaba, pero no fue

hasta el ao de 1950 que se le tomo mayor importancia y se introdujeron los

medidores de vibraciones en la industria; para poder medir el nivel de banda

ancha de vibracin en maquinarias.

En 1970 vieron la llegada de la computadora personal y el procesador de las seales digitales que lleva al analizador TRF y eso posibilit el clculo de un espectro de frecuencias muy rpido. , desde una seal de vibracin grabada. Los primeros analizadores eran muy voluminosos y pesaban hasta 35 kilogramos. , y eso les haca ms adecuados como instrumentos de laboratorio que como unidades porttiles para uso en la industria.

En los aos de 1980 vieron la explotacin del microprocesador en un nico chip de silicn. ste fue seguido muy rpidamente por el verdadero analizador de seales digitales porttil, activado por bateras. Es un aparato que junto con un programa de computadora almacena los datos y maneja los aspectos lgicos de la recopilacin de datos, que revolucion la aplicacin del anlisis de vibracin en el diagnstico de maquinaria.

Y as fue como se empez a estudiar la vibracin pero, qu es la vibracin?

Se conocen como vibraciones a la propagacin de ondas elsticas que producen

deformaciones y tensiones sobre un medio continuo (o posicin de equilibrio).

Las ondas elsticas son una perturbacin tensional (Es decir que poseen unidades

fsicas de presin) que se propaga a lo largo de un medio elstico.

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Amplitud de vibraciones en la carrocera de un auto, originadas en las

irregularidades del pavimento.

Una vibracin se puede considerar como un movimiento repetitivo alrededor de

una posicin de equilibrio. La posicin de "equilibrio" es a la que llegar cuando la

fuerza que acta sobre l sea cero. Este tipo de movimiento no involucra

necesariamente deformaciones internas del cuerpo entero, a diferencia de una

vibracin.

No hay que confundir la vibracin

con la oscilacin ya que las

vibraciones son un movimiento

peridico (o cuasi peridico) de

mayor frecuencia que las

oscilaciones suelen generar ondas

sonoras lo cual constituye un

proceso disipativo que consume

energa. Adems las vibraciones

pueden ocasionar fatiga de

materiales.

La vibracin es la causa de generacin de todo tipo de ondas. Toda fuerza que se

aplique sobre un objeto genera perturbacin.

Cuando se aplica una vibracin a cualquier objeto, sta se transmite por toda su

estructura, hacindola vibrar a la misma frecuencia (y si la frecuencia de la

vibracin est en el rango de audicin de nuestro odo, estamos hablando de un

sonido).

Pues bien, cualquier objeto presenta unas frecuencias determinadas, propias de

su geometra y composicin, a las que se produce una resonancia. Una resonancia

es una oscilacin amplificada. Es decir, que a dicha frecuencia de resonancia

(o frecuencia propia o natural del objeto), la respuesta a la vibracin es mucho

mayor en amplitud que a cualquier otra, si la vibracin aplicada tiene la intensidad

suficiente, en que se produce el fallo catastrfico de la estructura. Y esto puede

ocurrir con varias frecuencias diferentes para un mismo objeto (es decir, puede

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tener distintas frecuencias de resonancia). Un diapasn, al vibrar, da la

nota LA porque su frecuencia propia son 440 Hz (en este caso no es una vibracin

lo que se aplica al diapasn, sino una percusin, en trminos fsicos; por lo que, al

permitir su oscilacin libre, ste adopta de forma natural su frecuencia de

resonancia). As funcionan la mayora de los instrumentos musicales.

En esta investigacin hablaremos de un poco de las vibraciones que se generan

en distintos medios como es el avin, el submarino y los cohetes espaciales.

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Vibraciones en Naves espaciales

En ingeniera, y particularmente en el diseo de naves espaciales, la identificacin

de las frecuencias de resonancia es crtica, ya que los satlites suelen llevar

instrumentos muy delicados que no soportaran una vibracin de magnitudes altas

y hay que evitarlas a toda costa.

La frecuencia natural o de resonancia de un sistema es aquella frecuencia que

tiene una tendencia o facilidad para vibrar. Todo sistema posee una o varias

frecuencias naturales de forma que al ser excitadas se producir un aumento

importante de vibracin. La frmula de la frecuencia natural es:

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Siendo m la masa y K la rigidez. De esta frmula se deduce que si la rigidez

aumenta, la frecuencia natural tambin aumentar, y si la masa aumenta, la

frecuencia natural disminuye.

La resonancia es un estado de funcionamiento en el que una frecuencia de

excitacin se encuentra cerca de una frecuencia natural de la estructura de la

mquina. Cuando ocurre la resonancia, los niveles de vibracin que resultan

pueden ser muy altos y pueden causar daos muy rpidamente.

Cuando analizamos los problemas de vibracin de una nave espacial es

importante poder determinar las frecuencias naturales del sistema, ya que, es

necesario asegurarnos de que no existen frecuencias forzadas cerca de las

frecuencias naturales.

En las naves espaciales las vibraciones se generan en el motor cohete dado que el

motor cohete funciona con queroseno o hidrgeno lquido, como el comburente

(oxgeno en estado gaseoso o generalmente lquido).

El motor cohete es el motor ms potente conocido y su relacin peso/potencia lo

convierte en el motor ideal para ser usado en naves espaciales.

Existen varias clasificaciones de los cohetes. La inmensa mayora son cohetes qumicos que obtienen la propulsin mediante reacciones qumicas exotrmicas del propelente. Estos a su vez se dividen en

Motores de propergol slido. Se

refiere a los motores que emplean

sustancias slidas, generalmente una

mezcla que se enciende.

Motores de propergol lquido.

Emplea uno o ms propergoles lquidos

que se mantienen en tanques antes del

encendido. Segn la tcnica empleada

para llevarlos a la cmara de

combustin existen varios

ciclos: presurizado los tanque, mediante

un generador de gas, ciclo

expansor y combustin escalonada.

Motores de propergol hbrido

tienen un propulsor slido en la cmara

de combustin y un segundo propelente

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lquido o gas se aade para realizar la combustin.

Los cohetes trmicos son cohetes donde el propelente es inerte, pero se calienta por una fuente de energa, generalmente no qumica, tal como solar, nuclear oradiante. Existe un motor que emplea un mtodo muy similar el motor inico que emplea una fuente de energa externa para acelerar iones pero aunque es un motor a reaccin no es propiamente un cohete ya que no emplea una tobera.

Los motores cohete producen el empuje por la expulsin a alta velocidad un fluido.

Este fluido es, casi siempre, un gas generado por la combustin dentro de

una cmara de combustin a alta presin (10-200 bar) de propergoles slidos o

lquidos, que consta de dos componentes combustible y oxidante que es lo que

genera las vibraciones.

El escape de fluido se hace pasar a travs de una tobera de

propulsin supersnica que utiliza la energa calorfica del gas para acelerar el

escape a una velocidad muy alta, y la fuerza de reaccin a esta empuja el motor en

la direccin opuesta.

En los motores cohete las altas temperaturas y presiones favorecen el buen

rendimiento pues permite montar toberas ms largas en el motor, lo que

proporciona mayores velocidades de escape, as como un mejor rendimiento

termodinmico.

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Vibraciones en aviones

En los aviones tambin se generan vibraciones bajo ciertas condiciones de carga

podra ocurrir que entrara en flameo (flutter), es decir, que las oscilaciones

producidas por las cargas aerodinmicas (turbulencias o rfagas de aire)

encontraran una resonancia en la estructura y se amplificaran hasta su lmite de

resistencia (y normalmente esto ocurre en unos pocos segundos). Hoy en da

ningn avin es certificado para el vuelo sin antes haber pasado un exhaustivo

anlisis de vibraciones.

Excitacin Flutter Uno de los eventos

ms peligrosos que pueden ocurrir en

vuelo es un fenmeno llamado

aleteo. Flutter es una vibracin

aerodinmica inducida de una

superficie de las alas, la cola o de

control que puede dar lugar a un fallo

estructural total en cuestin de

segundos.

El Flutter (flameo o aleteo) es una vibracin que surge sola, cuando las fuerzas

aerodinmicas ejercidas sobre un objeto provocan un movimiento peridico

natural. Este movimiento se retroalimenta en condiciones positivas. Mas vibracin

mas movimiento y carga aerodinmica, cuanto ms carga aerodinmica mas

movimiento y vibracin. Es un fenmeno que ocurre dentro de cualquier fluido.

Aunque Afecta a muchas estructuras (como los puentes), normalmente aparece

en las alas de avin.

Las superficies aerodinmicas de un avin se construyen de manera que puedan

soportar las cargas que se producen durante el vuelo. Por ejemplo, el ala debe ser

capaz de soportar el peso del avin, as como la elevacin adicional producida

durante el giro de vuelo. La estructura del ala resultante puede ser vista como una

cuchilla o resorte que se extiende desde el fuselaje. Un muelle de rgido vibrar a

una frecuencia ms alta que un resorte ms flexible. Esta frecuencia se conoce

como la frecuencia natural.

Flutter se produce habitualmente en o cerca de la frecuencia natural de la

estructura, es decir, una fuerza aerodinmica pequeo har que la estructura a

vibrar a su frecuencia natural. Si esta fuerza pequea persiste en la misma

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frecuencia que la frecuencia natural de la estructura, una condicin llamada

resonancia se produce. Bajo una condicin de resonancia, la amplitud de la

vibracin aumentar drsticamente en un tiempo muy corto y puede causar un

fallo catastrfico de la estructura.

Las fuerzas aerodinmicas que pueden inducir aleteo estn relacionadas con la

presin dinmica, o velocidad, del avin. Si las fuerzas que inducen flutter estn

presentes, stos aumentarn a medida que la velocidad se incrementa. Las

caractersticas del Flutter pueden ser exploradas por tocar la superficie a

velocidades progresivamente ms rpidas, luego ver lo rpido que decaen las

vibraciones. De esta manera aleteo potencial puede ser abordado de forma

segura sin llegar a alcanzar la condicin de resonancia.

En su forma ms inofensiva puede

aparecer como un "zumbido" en la

estructura del avin, pero en la ms

violenta se puede detonar

incontrolablemente a gran velocidad y

causar grandes daos o incluso la

destruccin de la aeronave.

Esta resonancia puede ocurrir en

estructuras distintas a un avin. Un

ejemplo famoso de este fenmeno es

el Puente de Tacoma Narrows.

Bataneo (buffetting) Es una inestabilidad de altas frecuencias causada por la

desconexin del flujo de aire de un flap u oscilaciones de onda de choque. Se trata

de una vibracin forzada aleatoria.

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Vibraciones en submarinos

Un submarino es un navo o buque

capaz de navegar bajo la superficie

del agua del mar o sumergido.

El primer submarino impulsado

mecnicamente fue el

francs Plongeur (1863), que

usaba aire comprimido, siendo la

propulsin anaerbica empleada por

primera vez en el espaol Ictneo

II (1864) sufragado por suscripcin

popular. El motor de este ltimo

usaba un compuesto qumico de

magnesio, perxido, zinc y clorato potsico que genera vapor con que mover la

hlice y oxgeno para los tripulantes. Este sistema no volvi a ser empleado hasta

1940, cuando la armada alemana prob la turbina Walter en el submarino

experimental V-80 y ms tarde en el U-791.

En los submarinos las vibraciones son muy comunes la vibracin como en los

otros casos se genera desde el motor, dicho motor genera que se muevan sus

elices y genera otra vibracin al momento de avanzar las tambin las vibraciones

son muy importantes en este tipo de nave ya que en algunos casos estas

vibraciones ayudan a el submarino a orientarse o a detectar otros tipos de naves

Tambin existen sensores de fibra ptica que se estn diseando para los ductos

de los submarinos dichos sensores nos ayudaran a detectar a tiempo alguna falla

por una vibracin o por las diferentes presiones aplicadas en las tuberas ya que al

sumergirse varios metros existen presiones axiales sobre el submarino y como

sabemos al sumergirse cada vez mas la nave es sometida a mucha presin por el

agua.

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Conclusin

En conclusin de las vibraciones en estos tipos de naves la deteccin de dichas

vibraciones son muy importantes ya que hay ocasiones que estas nos ayudan a

prevenir que que las naves se averen totalmente u ocurra una falla por las mismas

oscilaciones que provoca la nave tambin es muy importante mencionar lo que

generan al exterior con sus oscilaciones ya que a habido naves que al momento en

que est funcionando genera grades vibraciones tambin el mencionar que

existen maneras de detectarlas ya que hay vibraciones que son naturales y otras

forzadas las naturales son como por ejemplo en los aviones cuando van u estn en

funcionamiento el aire genera vibraciones con las alas de dicha nave y las

forzadas es cuando se aplica una fuerza axial a esta nave sea que no sea natural

Las espaciales tambin generan grandes vibraciones al momento del despegue y

se siente en la superficie dicha vibracin tambin se le considera vibracin

natural.

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Bibliografas

http://www.azimadli.com/vibman-

spanish/historiadelanlisisdevibracinysuusoenelmantenimientode

maquinaria.htm

https://ingaeronautica.wordpress.com/2012/03/24/airbus-a380-

de-prueba-flutter/

https://www.google.com.mx/search?q=vibraciones+en+los+avio

nes&biw=1280&bih=675&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=rAn

uVMqxDYeYyQTS0oJY&ved=0CAYQ_AUoAQ&dpr=1#tbm=isch&

q=aleteo

https://prezi.com/vanx2eghoaky/sistemas-de-prueba-de-naves-

espaciales/

http://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Misiones_espaciales

http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia_de_resonancia

http://www.sinais.es/Recursos/Curso-

vibraciones/resonancia/introduccion_resonancia.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_cohete#Rendimiento_general_

de_los_motores_cohete

http://es.wikipedia.org/wiki/Submarino

http://oa.upm.es/22149/1/PEDRO_SALGADO_DIAZ.pdf