IMPORTANCIA DE LAS VIBRACIONES MECÁNICAS

1.1 IMPORTANCIA DE LAS VIBRACIONES MECÁNICAS

En la era moderna, en donde los avances tecnológicos están a la puerta, grandes aportaciones matemáticas y métodos de análisis vinieron a resolver algunos problemas en el campo de las vibraciones mecánicas.

Por ejemplo en 1909, Frahm propuso una forma de reducir las vibraciones mecánicas mediante la implementación de sistema agregado sistema masa-resorte. Stodola Aurel (1859 – 1943) hizo aportaciones importantes relacionadas con las vibraciones de membranas, vigas y placas. Timoshenko (1872-1972) realizó aportaciones importantes en la teoría de vibración en vigas.

Por otro lado, importantes aportaciones matemáticas ampliaron considerablemente el área de investigación del campo de las vibraciones mecánicas, por mencionar algunos, los métodos de Rayleigh que sirven para determinar las frecuencias de resonancia de algunos elementos basándose en ecuaciones de energía, las variables de estado que permiten “resolver” y analizar problemas basados en ecuaciones diferenciales no lineales, el elemento finito que consiste en discretizar cualquier elemento para posteriormente modelar y analizar su comportamiento como pudiera ser los modos de vibrar, ecuaciones estadísticas que facilitaron el estudio de vibraciones aleatorias.

Estos métodos modernos unidos a los avances tecnológicos por ejemplo, a) Las computadoras, b) Los PLC´s, c) Analizadores de vibración, d) software de monitoreo y/o mantenimiento, etc. hacen hoy en día de las vibraciones todo un campo de investigación tal que existen asociaciones, revistas, seminarios, cursos especializados. dedicados al estudio de este fenómeno.

En la actualidad el estudio en este campo es tan grande que basta con ver algunos de sus causa-efecto para entender su importancia. La gente de una u otra forma esta constantemente relacionada con este fenómeno, por ejemplo, el buen funcionamiento de los amortiguadores de un automóvil permite un mejor manejo entre los tripulantes, el mal aislamiento de alguna maquinaria industrial puede dañar la infraestructura de la misma y zona aledaña pudiendo ser conjuntos habitacionales, ruido causado por maquinaria que puede afectar física y psicológicamente a personas de la empresa e inclusive a personas ajenas a la misma, ruidos nocturnos producto de las vibraciones mecánicas de algunos objetos y que en algunas ocasiones son confundidos y relacionados algunas veces con esoterismo y fantasmas.

Pero para ampliar lo anterior vamos a considerar ahora la causa-efecto de las vibraciones mecánicas en la industria mecánica. Primero considere que existen diferentes tipos de maquinaria que pueden ser causantes de vibración en algunos casos causado por algunos de los elementos ó por algún proceso; algunos ejemplos de vibración causada por elementos son: desbalance rotativo, coples mal alineados, chumaceras dañadas, engranes defectuosos, bandas mal alineadas, entre otros.

Por otro lado, algunos ejemplos causados por procesos industriales pueden ser: procesos de maquinado o de máquinas herramientas, procesos de extrucción, procesos de centrifugado, pruebas mecánicas, etc.

Pues bien, estas vibraciones pueden implican problemas de diferente índole como lo es: a) pérdidas económicas, b) daños en maquinaria, c) contaminación por ruido, d) accidentes laborales, entre otros.

Es por eso que para el buen funcionamiento de la maquinaria se requiere de una constante inspección para evitar fallas en la misma ya que pueden causar pérdidas económicas a la empresa e incluso daños físicos a las personas. “Yo soy el doctor de este hospital y las maquinas son mis pacientes” fué la frase usada por un colega de la industria minera y con más de 20 años de experiencia industrial en el ramo de la vibraciones mecánicas, “El porqué una maquina tiene temperatura, si una maquina vibra ¿por qué tiene frio?, si una maquina genera ruido ¿por qué llora?, etc” son algunas expresiones usadas por esta persona y que nos dan un panorama de la importancia del buen monitoreo y funcionamiento de la maquinaria industrial.

Uno de las formas de monitorear el buen funcionamiento y vida útil de las máquinas es por medio del análisis de vibración, este consiste en tomar medidas de vibración de las maquinas y mediante el uso de gráficos

y/o experiencia, determinar la vida util de la máquina o de uno de sus elementos. Esto conlleva a conservar un historial gráfico y bitácora con el fin de predecir fallas futuras y realizar las acciones correctivas correspondientes.

Por otro lado, un fenómeno bien conocido en el ambiente de las vibraciones mecánicas y en el cuál todo ingeniero del ramo de la ingeniería mecánica debería poner atención se le conoce como resonancia, este fenómeno es de gran interés en el estudio de las vibraciones mecánicas ya que ha estado relacionado con diferentes eventos destructivos en la historia de la industria y estructuras, este ha sido el causante de problemas en estructuras, maquinas y contaminación por ruido.

Pero ¿Qué es el fenómeno de la resonancia?, en capítulos posteriores se dará una explicación detallada por el momento resta decir que es un fenómeno que se manifiesta con grandes amplitudes de vibración.

En la actualidad los investigadores han encontrado aplicaciones de las vibraciones mecánicas como antes no se había imaginado. Sin embargo no todas las vibraciones son malas algunas se producen con propósitos específicos en algún proceso industrial y generalmente son controladas, estas vibraciones son llamadas “buenas vibraciones”; por ejemplo: procesos de centrifugado para separar desechos de materiales, transportación de material por bandas vibratorias (Figura 1-1), acabado y pulido por vibración, elevadores vibrantes, etc.

Pero la aplicación benéfica de las vibraciones va aún más alla, en conjunto con científicos de diferentes especialidades, las vibraciones han encontrado nuevos campos de investigación y de aplicación, hoy en día se oye hablar además de vibraciones buenas, “vibraciones saludables”

Por último, aún con la evolución de los procesos industriales, las computadoras, los sistemas de control y con la aparición de modernos métodos matemáticos. los principios básicos de las vibraciones mecánicas se ven casi inalterables, mas bien estos avances han aportado a nuevos campos de investigación y al desarrollo didáctico e industrial, por ejemplo:

a) Uso de la computadora para simulación. Permite mediante programas de simulación resolver diferentes problemas del análisis de vibración, por ejemplo: Working Model, ANSYS, MatLab,

LabVIEW, EasyJava Simulation etc.

b) Uso de la computadora para el análisis.

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