Grado de libertad en la vibración
¿Qué son las vibraciones mecánicas y por qué su comprensión es importante para los ingenieros mecánicos y civiles? Echemos un vistazo a la historia. El 1 de julio de 1940 se abrió al tráfico el puente Tacoma Narrows y en la mañana del 7 de noviembre del mismo año el vano principal del puente se derrumbó por efecto del viento. Este suceso se presenta como un ejemplo de resonancia forzada elemental, ya que el viento proporcionó una frecuencia periódica externa que coincidía con la frecuencia estructural natural del puente, aunque la causa real del fallo fue el flameo aeroelástico.
El viento como fuerza externa afecta a una oscilación de torsión del puente (Fig.1). Esta fuerza, con una frecuencia específica, provocó un desastre por resonancia del puente (la velocidad del viento era de 64 km/h) [1]. Otro ejemplo de desastre por resonancia es el colapso del puente colgante de Broughton debido a los soldados que caminaban al paso [3].
En mecánica y construcción, una catástrofe por resonancia describe la destrucción de un edificio o un mecanismo técnico debido a las vibraciones inducidas en la frecuencia de resonancia de un sistema, que lo hacen oscilar. La excitación periódica transfiere de forma óptima al sistema la energía de la vibración y la almacena allí. Debido a este aporte de energía repetido y adicional, el sistema oscila cada vez con más fuerza, hasta que se supera su límite de carga [4].
Ejemplo de vibración forzada
Considere un cuerpo vibratorio, por ejemplo, una varilla, un eje o un muelle. La imagen muestra un disco pesado transportado en un extremo de un eje sin peso, estando el otro extremo fijo. Este sistema puede ejecutar cualquiera de los siguientes tipos de vibraciones.
Cuando las partículas del eje o del disco se mueven de forma aproximadamente perpendicular al eje, entonces las vibraciones se conocen como vibraciones transversales, como se muestra en la imagen (b). Las vibraciones transversales se tratan por separado.
Cuando las partículas del eje o del disco se mueven en círculo alrededor del eje, las vibraciones se conocen como vibraciones de torsión, como se muestra en la figura (c). Las vibraciones torsionales se tratan por separado.
Nota: En los tres tipos de vibraciones anteriores, la aceleración es directamente proporcional al desplazamiento y actúa hacia la posición de equilibrio. Por lo tanto, estas tres vibraciones ejecutan un movimiento armónico simple (SHM).
Vibración amortiguada
F. Yu y F. Zhou, “Classification of machinery vibration signals based on group sparse representation,” Journal of Vibroengineering, Vol. 18, No. 3, pp. 1540-1554, May 2016, https://doi.org/10.21595/jve.2015.16459
[1]F. Yu y F. Zhou, “Classification of machinery vibration signals based on group sparse representation”, Journal of Vibroengineering, vol. 18, no. 3, pp. 1540-1554, mayo de 2016, doi: 10.21595/jve.2015.16459.
Yu, Fajun, y Fengxing Zhou. “Clasificación de señales de vibración de maquinaria basada en la representación dispersa de grupo”. Journal of Vibroengineering 18, no. 3 (15 de mayo de 2016): 1540–54. https://doi.org/10.21595/jve.2015.16459.
En el campo del diagnóstico de fallos de maquinaria, el análisis de vibraciones es uno de los métodos más comunes y fiables [1]. Aprovecha los métodos avanzados de procesamiento de señales para extraer la información de los fallos a partir de las señales de vibración sin procesar, que son recogidas por los sensores de vibración instalados en la maquinaria, y luego realiza un diagnóstico de acuerdo con la información de los fallos. En general, las técnicas de diagnóstico basadas en el análisis de vibraciones pueden clasificarse en dos categorías: método basado en el reconocimiento de la frecuencia de las características (FFRM) y método de diagnóstico basado en la clasificación (CDM).
Clase de vibración
Para otros usos, véase Vibración (desambiguación) y Vibrar (desambiguación).La vibración es un fenómeno mecánico por el que se producen oscilaciones en torno a un punto de equilibrio. La palabra proviene del latín vibrationem (“sacudir, blandir”). Las oscilaciones pueden ser periódicas, como el movimiento de un péndulo, o aleatorias, como el movimiento de un neumático en un camino de grava.
En muchos casos, sin embargo, la vibración es indeseable, ya que desperdicia energía y crea un sonido no deseado. Por ejemplo, los movimientos vibratorios de los motores, los motores eléctricos o cualquier dispositivo mecánico en funcionamiento suelen ser indeseables. Estas vibraciones pueden deberse a desequilibrios en las piezas giratorias, a una fricción desigual o al engranaje de los dientes. Los diseños cuidadosos suelen minimizar las vibraciones no deseadas.
Los estudios sobre el sonido y las vibraciones están estrechamente relacionados. El sonido, o las ondas de presión, se generan al vibrar estructuras (por ejemplo, las cuerdas vocales); estas ondas de presión también pueden inducir la vibración de estructuras (por ejemplo, el tímpano). Por ello, los intentos de reducir el ruido suelen estar relacionados con los problemas de vibración[1].
