vibraciones en naves espaciles
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vibraciones experimentadas en lasnaves espacilesTRANSCRIPT
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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