Universidad Politécnica de Aguascalientes
Materia: Vibraciones Mecánicas
Resonancia Mecánica en la Industria y en la Ing. Mecatrónica
Nombre del alumno y matrícula: Mariano Esparza Dávila – UP120185 Kevin Sebastián Macías Váz!ez – UP1201"8
Nombre del ro!esor: M#$# Mois%s M!&oz 'barra
"ruo: M() 08*
+,!ascalientes- +,s# a 12 .e /!nio .e 2015
RESONANCIA MECÁNICA INTRODUCCIÓN
El estudio de los sistemas El estudio de los sistemas oscilantes se simplifca si las oscilaciones son periódicas, pero es un sistema real (no ideal) las uerzas externas amortiguan el uerzas externas amortiguan el movimiento. Para mantener la periodicidad de las oscilaciones necesitamos una uerza externa. La Resonancia Mecnica es un enómeno particular en el !ue la uerza constante !ue aplicamos a nuestro sistema, coincide con la pulsación de resonancia, una caracter"stica propia de cada sistema oscilante simple. #uando am$as magnitudes coinciden, la amplitud del sistema oscilante alcanza su punto mximo. Es un enómeno relacionado con las altas amplitudes de vi$ración % !ue depende entre otras cosas, de la recuencia con la !ue se excita un sistema, aun cuando los dems parmetros permanecieran constantes como lo es la uerza de excitación, la masa % la elasticidad. Este eecto puede ser destructivo en algunos materiales r"gidos como el vaso !ue se rompe cuando una soprano canta % alcanza % sostiene la recuencia de resonancia del mismo. #omo an&cdota, se puede decir !ue a los soldados se les 'ace romper la marc'a cuando pasan por un puente, %a !ue la recuencia de los pasos de todos untos puede coincidir con la recuencia del puente. implemente es una an&cdota, pues en los puentes actuales no ocurrir"a nada %a !ue se dise*an para !ue su recuencia propia no coincida con otras recuencias !ue podr"an aectarlo. +entro de lo !ue respecta, la resonancia 'a sido til en el rea de mantenimiento, aun!ue an se encuentre en v"as de desarrollo, %a !ue son m&todos !ue solo se pueden emplear durante una operación o proceso, como por eemplo, para detectar allas o deectos en una m!uina. -tra aplicación !ue se le puede dar es en el m$ito de la esta$ilidad para edifcaciones grandes, en la cual se calculan recuencias menores a la recuencia natural de la estructura para determinar un sistema ideal para amortiguar tal vi$ración en la construcción % evitar !ue colapse. Por ltimo, % tal vez la ma%or aplicación !ue tiene la resonancia en la industria es el redise*o de componentes, materiales % ma!uinaria para evitar uturas allas % mantener
un óptimo % duradero uncionamiento del sistema a meorar, lo cual entra dentro del aspecto de mantenimiento correctivo. ig. /. #opa de vidrio !ue$rada por una nota
OBJETIVOS
•
El alumno desarrollara los conocimientos % metodolog"as necesarias
identifcar
la
resonancia mecnica en sistemas mecatrónicos, elementos de m!uinas •
dentro de los procesos industriales % construcción de sistemas. El alumno estudiara un caso prctico, en el cual se demuestra la
•
importancia del estudio de la resonancia en la industria. El alumno ser capaz de comprender el comportamiento oscilatorio de
•
la resonancia, los cuales se presentan es sistemas mecatrónicos. El alumno identifcar los actores !ue intervienen en el eecto de resonancia mecnica dentro de un sistema.
ig. 0. 1elicóptero entra en resonancia de$ido a mal auste de las '&lices
DESARROLLO RESONANCIA
El t&rmino resonancia se refere a un conunto de enómenos relacionados con los movimientos periódicos o cuasiperiódicos en !ue se produce reorzamiento de una oscilación al someter el sistema a oscilaciones de una recuencia determinada. Ms concretamente el t&rmino puede reerirse a2 3
3
3
3
3 3
En acstica, la resonancia es el reorzamiento de ciertas recuencias sonoras como resultado de la coincidencia de ondas similares en recuencias, es un caso particular de resonancia mecnica. En msica, la resonancia musical se refere a los sonidos elementales !ue acompa*an al principal en una nota musical % comunican tim$re particular a cada voz o instrumento musical. En mecnica, la resonancia mecnica de una estructura o cuerpo es el aumento en la amplitud del movimiento de un sistema de$ido a la aplicación de uerza pe!ue*a en ase con el movimiento. En electrónica, la resonancia el&ctrica es el enómeno !ue se produce al coincidir la recuencia propia de un circuito con la recuencia de una excitación externa. En electromagnetismo se refere a la resonancia magn&tica nuclear, tecnolog"a utilizada tanto en !u"mica como en medicina. En astronom"a, la resonancia or$ital se produce cuando los periodos de traslación o de rotación de dos o ms cuerpos guardan entre ellos una relación expresada racciones de nmeros enteros.
¿CÓMO SE PRODUCE LA RESONANCIA?
Es un enómeno !ue se produce cuando cuerpo capaz de vi$rar es sometido a la acción de una uerza periódica, cu%o periodo de vi$ración
coincide con el periodo de vi$ración caracter"stico de dic'o cuerpo % 'ace !ue la amplitud de un sistema oscilante se 'aga mu% grande. En estas circunstancias el cuerpo vi$ra, aumentando de orma progresiva la amplitud de movimiento tras cada una de las actuaciones sucesivas de la uerza. En teor"a, si se consiguiera !ue una pe!ue*a uerza so$re un sistema oscilara a la misma recuencia !ue la recuencia natural del sistema se producir"a una oscilación resultante con una amplitud indeterminada. 4na orma de poner de manifesto este enómeno consiste en tomar dos diapasones capaces de emitir un sonido de la misma recuencia % colocados próximos el uno del otro, cuando 'acemos vi$rar uno, el otro emite, de manera espontnea, el mismo sonido, de$ido a !ue las ondas sonoras generadas por el primero presionan a trav&s del aire al segundo. Este eecto puede ser destructivo en algunos materiales r"gidos, la cual puede llegar a causar da*os a los mismos. Estos tienen una recuencia natural, pero al ser alterada o reorzada por una uerza externa a la misma recuencia es cuando se produce la resonancia, por!ue la amplitud incrementa. ¿CÓMO EVITAR LA RESONANCIA MECÁNICA?
a$emos !ue cuando la recuencia de excitación coincide con una de las recuencias naturales del sistema, tiene lugar un enómeno de resonancia. En consecuencia, las condiciones de resonancia de$en de tratar de ser evitadas en el dise*o % construcción de cual!uier sistema mecnico. 5o o$stante, en la ma%or parte de los casos, las recuencias de excitación no pueden controlarse al venir impuestas por los re!uerimientos de carcter uncional del sistema. 6al % como se deduce de la defnición vista para un sistema de un grado de li$ertad (/ gdl), la recuencia natural de un sistema 78
√
k m
puede cam$iarse variando
tanto la masa (m) como la rigidez (9) del mismo. :un!ue la defnición se 'a%a esta$lecido para un sistema de / gdl, la conclusión o$tenida es, en general, igualmente aplica$le a sistemas de 5 grados de li$ertad. En muc'as situaciones en la prctica, sin em$argo, la masa no resulta cil
de cam$iar, %a !ue su valor suele venir determinado por los re!uerimientos uncionales del sistema (por eemplo, la masa del volante de inercia de un ee viene determinada por el valor de la energ"a !ue se !uiere almacenar en un ciclo). Por ello, la rigidez del sistema es el parmetro !ue se modifca de orma ms 'a$itual a la 'ora de alterar las recuencias naturales de un sistema mecnico. :s", por eemplo, la rigidez de un rotor puede modifcarse cam$iando el nmero % colocación de los puntos de apo%o (coinetes).
BIBLIOGRAFÍAS
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