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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO

VIBRACIONES EN INSTALACIONES INDUSTRIALES INGENIERIA INDUSTRIAL TATIANA JACKELINE ORTIZ GONZALEZ

El presente documento nos da una idea general sobre las vibraciones que podemos encontrar en las instalaciones industriales.

Contenido 1.

INTRODUCCION........................................................................................................................3

2.

CONCEPTOS GENERALES..........................................................................................................3

3.

TIPOS DE VIBRACIONES............................................................................................................5

4.

CAUSAS DE LAS VIBRACIONES..................................................................................................6

5.

CONSECUENCIAS DE LAS VIBRACIONES.................................................................................13

Normativa DIN 4150, Parte 3 (1999) [7].........................................................................................16 Normativa SN 640312 (1978) [8]...................................................................................................18 Normativa ISO 4866 (1990) [10]....................................................................................................20 6.

INSTRUMENTOS PARA MEDIR LA VIBRACION:.......................................................................22

7.

BIBLIOGRAFIA.........................................................................................................................24

8.

LINKOGRAFIA.........................................................................................................................25

1. INTRODUCCION El aumento permanente de las potencias en máquinas, junto con una disminución simultánea de gasto de materiales, y la alta exigencia de calidad y productividad industrial, hacen que el análisis dinámico de las vibraciones mecánicas en máquinas e instalaciones industriales sea cada vez más exacto. El Ingeniero debe ser capaz de trabajar sobre vibraciones, calcularlas, medirlas, analizar el origen de ellas y aplicar correctivos. Hace más o menos 40 años, la temática de vibraciones mecánicas se constituyó en parte integral de la formación de ingenieros mecánicos en los países industrializados. El fenómeno de las vibraciones mecánicas debe ser tenido en cuenta para el diseño, la producción y el empleo de maquinaria y equipos de automatización. Así lo exige un rápido desarrollo tecnológico del país Aunque este artículo se enfoca hacia las vibraciones en sistemas mecánicos, el texto y los métodos analíticos empleados son compatibles con el estudio de vibraciones en sistemas no mecánicos

2. CONCEPTOS GENERALES Se pueden considerar como vibraciones, las variaciones periódicas temporales de diferentes magnitudes. Específicamente, una vibración mecánica es el movimiento de una película o de un cuerpo que oscila alrededor de una posición de equilibrio. Al intervalo de tiempo necesario para que el sistema efectúe un ciclo completo de movimiento se le llama PERIODO de la vibración. El número de ciclos por unidad de tiempo define la FRECUENCIA del movimiento y el desplazamiento máximo del sistema desde su posición de equilibrio se llama AMPLITUD de la vibración Conviene separar el concepto de vibración del de oscilación, ya que las oscilaciones son de una amplitud mucho mayor; así por ejemplo, al caminar, nuestras piernas oscilan, al contrario de cuando temblamos -de frío o de miedo-. Como las vibraciones generan movimientos de menor magnitud que las oscilaciones en torno a un punto de equilibrio, el movimiento vibratorio puede ser linearizado con facilidad. En las oscilaciones, en general, hay conversión de energías cinética en potencial

gravitatoria y viceversa, mientras que en las vibraciones hay intercambio entre energía cinética y energía potencial elástica.

Ejemplos de vibración de la imagen con s 1 Además las vibraciones al ser de movimientos periódicos (o cuasiperiódicos) de mayor frecuencia que las oscilaciones suelen generar ondas sonoras lo cual constituye un proceso disipativo que consume energía. Además las vibraciones pueden ocasionar fatiga de materiales, por ejemplo. Para pequeñas amplitudes de oscilación el movimiento puede aproximarse razonablemente por un movimiento armónico complejo, con ecuación de movimiento:

Donde: , son respectivamente las matrices de masa, amortiguamiento y rigidez del sistema. , es un (pseudo)vector de coordenadas generalizadas que representa el movimiento de un conjunto de puntos relevantes del sistema. , representa el conjunto de fuerzas excitatrices que generan la vibración

3. TIPOS DE VIBRACIONES Se clasifican según:

a) La parte del cuerpo a la que afectan: a. Vibraciones globales: afectan al cuerpo en su totalidad b. Vibraciones parciales: afectan a subsistemas del cuerpo.

b) Sus características físicas: a. Vibraciones libres, periódicas o sinusoidales: se dan cuando existen fuerzas externas que modifican la amplitud de las sucesivas ondas b. Vibraciones no periódicas: son fenómenos transitorios (golpes, choques, etc) en los que se produce una descarga de energía en un corto período de tiempo. c. Vibraciones aleatorias: Se dan cuando el movimiento de las partículas es irregular, debiendo describirse a partir de funciones estadísticas.

c) Su origen: a. Vibraciones producidas en procesos de transformación: Las interacciones producidas entre las piezas de la maquinaria y los elementos que van a ser transformados, generan choques repetidos que se traducen en vibraciones materiales y estructuras, su transmisión se efectuará directamente o a través de medios de propagación adecuados. Ejemplos de este tipo son las originadas por prensas, tronzadoras, martillos neumáticos y algunas herramientas manuales.

b. Vibraciones generadas por el funcionamiento de la maquinaria o los materiales: Dentro de este grupo encontramos las producidas como consecuencia de fuerzas alternativas no equilibradas como motores, alternadores, útiles percutores y las provenientes de irregularidades del terreno sobre el que circulan los medios de transporte. c. Vibraciones debidas a fallos de la maquina: ejemplos son fallos de concepción, de utilización de funcionamiento o de mantenimiento generadores de fuerzas dinámicas, susceptibles de generar vibraciones. Las más frecuentes se producen por tolerancias de fabricación, desgastes de superficies, desequilibrios de giratorios, cojinetes defectuosos, falta de lubricación, etc. Dependiendo de ciertos factores, las vibraciones pueden causar sensaciones diversas que pueden ir desde un simple disconfort hasta graves alteraciones.

4. CAUSAS DE LAS VIBRACIONES Son muchas, pero básicamente las vibraciones se encuentran estrechamente relacionadas con tolerancias de mecanización, desajustes, movimientos relativos entre superficies en contacto, desbalances de piezas en rotación u oscilación, etc.; es decir, todo el campo de la técnica. Los fenómenos anteriormente mencionados producen casi siempre un desplazamiento del sistema desde su posición de equilibrio estable originando una vibración mecánica.

Vibración debida a Desbalance

El desbalance de la maquinaria es una de las causas más comunes de la vibración. En muchos casos, los datos arrojados por un estado de desbalance indican: 1. La frecuencia de vibración se manifiesta a 1x las rpm de la pieza desbalanceada. 2. La amplitud es proporcional a la cantidad de desbalance. 3. La amplitud de la vibración es normalmente mayor en el sentido de medición radial, horizontal o vertical (en las maquinas con ejes horizontales). 4. El análisis de fase indica lecturas de fase estables. 5. La fase se desplazará 90º si se desplaza el captador 90º. Nota:  el desbalance de un rotor saliente a menudo tiene como resultado una gran amplitud de la vibración en sentido axial, al mismo   tiempo  que en sentido radial.

Vibración debida a falta de alineamiento En la mayoría de los casos los datos derivados de una condición de falta de alineamiento indican lo siguiente: 1. La frecuencia de vibración es de 1x rpm; también 2x y 3x rpm en los casos de una grave falta de alineamiento. 2. La amplitud de la vibración es proporcional a la falta de alineamiento. 3. La amplitud de la vibración puede ser alta también en sentido axial, además de radial. 4. El análisis de fase muestra lecturas de fase inestables. La falta de alineamiento, aun con acoplamientos flexibles, produce fuerzas tanto radiales como axiales que, a su vez, producen vibraciones radiales y axiales. Nota:  Uno de los indicios más importantes de problemas debidos a falta de alineamiento y a ejes torcidos es la presencia de una elevada vibración en ambos sentidos, radial y axial. En general, cada vez que la amplitud de la vibración axial sea mayor que la mitad de  la lectura  radial más alta, hay un buen motivo de sospechar la existencia de un problema de alineamiento o eje torcido. Los tres tipos básicos de falta de alineamiento en el acoplamiento son: angular, en paralelo y una combinación de ambos. Una falta de alineamiento angular sujeta principalmente los ejes de las maquinas accionadora y accionada a vibración axial igual a la velocidad de rotación (rpm) del eje. La falta de alineamiento en paralelo produce principalmente vibración radial con una frecuencia igual al doble de la velocidad de rotación del eje.

Vibración debida a Excentricidad La excentricidad es otra de las causas comunes de vibración en la maquinaria rotativa. Excentricidad en este caso no significa "ovalización", sino que la línea central del eje no es la misma que la línea central del rotor – el centro de rotación verdadero difiere de la línea central geométrica. La excentricidad es en realidad una fuente común de desbalances, y se debe a un mayor peso de un lado del centro de rotación que del otro.

Una manera de diferenciar entre desbalance y excentricidad en este tipo de  motor es medir la vibración con filtro afuera mientras el motor está funcionando bajo corriente. Luego, se desconecta el motor, observando el cambio de la amplitud de vibración. Si la amplitud se reduce gradualmente mientras el motor sigue girando por inercia, es muy probable que el problema sea debido a desbalance; Si, en cambio, la amplitud de vibración desaparece en el momento mismo en que el motor es desconectado, el problema es seguramente de naturaleza eléctrica, y es muy posible que se deba a excentricidad del inducido. La excentricidad en rodetes o rotores de ventiladores, sopladores, bombas y compresores puede también crear fuerzas vibratorias. En esos casos las fuerzas son el resultado de fuerzas aerodinámicas e hidráulicas desiguales que actúan contra el rotor. De Elementos Rodantes Defectuosos Defectos en las pistas, en las bolas o en los rodillos de rodamientos de elementos rodantes ocasionan vibración de alta frecuencia; y, lo que es más, la frecuencia no es necesariamente un múltiplo integral de la velocidad de rotación del eje. La amplitud de la vibración dependerá de la gravedad de la falla del rodamiento. Nota:  la vibración generada por el rodamiento normalmente no es transmitida a otros puntos de la máquina. Por lo tanto, el rodamiento defectuoso es generalmente el que se encuentra más cerca del punto donde ocurre el mayor nivel de vibración de este tipo. Falla de Rodamientos – Otras causas Los rodamientos no fallan prematuramente a menos que alguna otra fuerza actúe sobre ellos; y tales fuerzas son generalmente las mismas que ocasionan vibración. Causas comunes de fallas en los rodamientos de elementos rodantes:  Carga excesiva  Falta de alineamiento  Defectos de asientos del eje y/o de las perforaciones en el alojamiento  Montaje defectuoso  Ajuste incorrecto  Lubricación inadecuada o incorrecta  Sellado deficiente  Falsa brinelación (Deformación bajo carga)  Corriente eléctrica

Vibración debida a rodamientos de Chumacera defectuosos Elevados niveles de vibración, ocasionados por rodamientos de chumacera defectuosos, son generalmente el resultado de una holgura excesiva (causada por desgaste debido a una acción de barrido o por erosión química), aflojamientos mecánicos (metal blanco suelto en el alojamiento), o problemas de lubricación. a. Un rodamiento de chumacera con holgura excesiva hace que un defecto de relativamente menor importancia, tal como un leve desbalance o una pequeña falta de

alineamiento, u otra fuente de fuerzas vibratorias, se transformen como resultado de aflojamientos mecánicos o en golpes repetidos (machacado). En tales casos el rodamiento en si no es lo que crea la vibración; pero la amplitud de la misma seria mucho menor si la holgura de los rodamientos fuera correcta. A menudo se puede detectar un rodamiento de chumacera desgastado por "barrido" efectuando una comparación de las amplitudes de vibración horizontal y vertical. Las maquinas que están montadas firmemente sobre una  estructura  o cimentación rígidas revelaran, en condiciones normales, una amplitud de vibración ligeramente más alta en sentido horizontal. b. Holgura excesiva de los rodamientos c. Torbellino de aceite Este tipo de vibración ocurre solamente en maquinas equipadas con rodamientos de chumacera lubricados a presión, y que funcionan a velocidades relativamente altas – normalmente por encima de la segunda velocidad critica del motor. La vibración debida a torbellinos de aceite a menudo es muy pronunciada, pero se reconoce fácilmente por su frecuencia fuera de lo común. Dicha frecuencia es apenas menor de la mitad de la velocidad de rotación (en rpm) del eje – generalmente en el orden del 46 al 48% de las rpm del eje. El problema de los torbellinos de aceite normalmente se atribuye a diseño incorrecto del rodamiento, desgaste excesivo del rodamiento, un aumento de la presión del lubricante o un cambio de la viscosidad del aceite. Se pueden hacer correcciones temporales modificando la temperatura del aceite (viscosidad), introduciendo un leve desbalance o una falta de alineamiento de manera de aumentar la carga sobre el eje, o rascando y/o ranurando los costados del rodamiento, para desbaratar la "cuña" de lubricante. Desde luego, una solución más duradera es reemplazar el rodamiento con uno que haya sido diseñado correctamente de acuerdo a las condiciones operativas de la maquina, o con uno que esté diseñado para reducir la posibilidad de formación de torbellinos de aceite. Los rodamientos con ranuras axiales usan las ranuras para aumentar la resistencia a la formación de torbellinos de aceite en tres puntos espaciados uniformemente. Este tipo de configuración está limitado a las aplicaciones más pequeñas, tales como turbinas de gas livianas y turbocargadores. Los rodamientos de chumacera de lóbulos brindan estabilidad contra los torbellinos de aceite al proporcionar tres puntos ce concentración de la película de aceite bajo presión, que sirven para centrar al eje. Los rodamientos de riñón basculante son comúnmente utilizados para las maquinas industriales más grandes, que funcionan a velocidades más altas. Hay dos causas comunes de vibración que pueden inducir un torbellino de aceite en un rodamiento de chumacera:

1. Vibración proveniente de maquinaria ubicada en las cercanías: Puede ser transmitida al rodamiento de chumacera a través de estructuras rígidas, tales como tuberías y cimentaciones. A este fenómeno se le conoce como Torbellino Inducido por el Exterior.

2.

Vibración ocasionada por otros elementos de las maquina misma.

Toda vez que se detecta la vibración característica del torbellino de aceite se deberá realizar una completa investigación de las vibraciones en toda la instalación, incluyendo las fuentes de vibración circunvecina, la estructuras de cimentación y las tuberías relacionadas. Se podrá así quizás descubrir una causa externa de los problemas de torbellino de aceite.

a.

Torbellinos de Histéresis

Este tipo de vibración es similar a la vibración ocasionada por el torbellino de aceite, pero ocurre a frecuencias diferentes, cuando el rotor gira entre la primera y la segunda velocidad critica. Un rotor que funcione por encima de la velocidad critica tiende a flexionarse, o asquearse, en sentido opuesto del punto pesado de desbalance. La amortiguación interna debida a histéresis, o sea la amortiguación de fricción, normalmente limita la deflexión a niveles aceptables. Sin embargo, cuando acontece un torbellino por histéresis, las fuerzas amortiguadoras se encuentran en realidad en fase con la deflexión, y por lo tanto, acrecentan la deflexión del motor. Cuando dicho rotor está funcionando por encima de la primera velocidad critica pero por debajo de la segunda, el torbellino por histéresis ocurre a una frecuencia exactamente igual a la primera velocidad critica del rotor. Nota:  La frecuencia de formación del torbellino de aceite es levemente menor de la mitad de la velocidad de rotación del rotor. La vibración ocasionada por un torbellino por histéresis tendrá la misma características que las ocasionadas por un torbellino de aceite cuando la maquina funcione a velocidades superiores a la segunda velocidad critica del eje. Es decir, que una severa vibración se producirá a una frecuencia levemente menor que 0.5x las rpm del rotor. El torbellino por histéresis es controlado normalmente por la acción de amortiguación provista por los rodamientos de chumacera en si. Sin embargo, cuando la amortiguación estacionaria es baja en comparación con la amortiguación interna del rotor, es probable que se presenten problemas. La solución usual para este problema es aumentar la amortiguación estacionaria de los rodamientos y de la estructura de soporte de los mismos, lo que puede lograrse instalando un rodamiento de riñón basculante o de algún rodamiento de diseño especial. En algunos casos el problema puede ser solucionado reduciendo la amortiguación dada por el rotor – sencillamente, cambiando un acoplamiento de engranajes con una versión sin fricción; por ejemplo, con un acoplamiento de disco flexible. Lubricación Inadecuada Una inadecuada lubricación, incluyendo la falta de lubricación y el uso de lubricantes incorrectos, puede ocasionar problemas de vibración en un rodamiento de chumacera. En semejantes casos la lubricación inadecuada causa excesiva fricción entre el rodamiento estacionario y el eje rotante, y dicha fricción induce vibración en el rodamiento y en las

demás piezas relacionadas. Este tipo de vibración se llama "dry whip", o sea látigo seco, y es muy parecido al pasar de un dedo mojado sobre un cristal seco. La frecuencia de la vibración debida al látigo seco generalmente es muy alta y produce el sonido chillón característicos de los rodamientos que están funcionando en seco. No es muy probable que dicha frecuencia sea algún múltiplo integral de las rpm del eje, de manera que no es de esperarse ningún patrón significativo bajo la luz estroboscópica. En este respecto, la vibración ocasionada por el látigo seco es similar a la vibración creada por un rodamiento antifricción en mal estado. Toda vez que se sospeche que un látigo seco sea la causa de la vibración se deberá inspeccionar el lubricante, el sistema de lubricación y la holgura del rodamiento .

Vibración debida a Aflojamiento Mecánico El aflojamiento mecánico y la acción de golpeo (machacado) resultante producen vibración a una frecuencia que a menudo es 2x, y también múltiplos más elevados, de las rpm. La vibración puede ser resultado de pernos de montaje sueltos, de holgura excesiva en los rodamientos, o de fisuras en la estructura o en el pedestal de soporte. La vibración característica de un aflojamiento mecánico es generada por alguna otra fuerza de excitación, como un desbalance o una falta de alineamiento. Sin embargo, el aflojamiento mecánico empeora la situación, transformando cantidades relativamente pequeñas de desbalance o falta de alineamiento en amplitudes de vibración excesivamente altas. Corresponde por lo tanto decir que el aflojamiento mecánico permite que se den mayores vibraciones de las que ocurrirían de por sí, derivadas de otros problemas. Nota:  Un aflojamiento mecánico excesivo es muy probable que sea la causa primaria de los problemas cuando la amplitud de la vibración 2x las rpm es más de la mitad de la amplitud a la velocidad de rotación, 1x las rpm.

Vibración debida a las Bandas de Accionamiento Las bandas de accionamiento del tipo en "V" gozan de mucha popularidad para la transmisión del movimiento puesto que tienen una alta capacidad de absorción de golpes, choques y vibraciones.

 

Los problemas de vibración asociados con las bandas en "V" son clasificados generalmente por: Reacción de la banda a otras fuerzas, originadas por el equipo presente, que causan alteraciones. Vibraciones creadas por problemas de la banda en sí. Las bandas en "V" son consideradas a menudo como fuente de vibración porque es tan fácil ver las bandas que saltan y se sacuden entre poleas. Por lo general, el reemplazo de las bandas es a menudo una de las primeras tentativas de corrección de los problemas de vibración.

Sin embrago es muy posible que la banda esté sencillamente reaccionando a otras fuerzas presentes en la maquina. En tales casos las banda es solamente un indicador de que hay problemas de vibración y no representan la causa misma. La frecuencia de vibración de las bandas es el factor clave en la determinación de la naturaleza del problema. Si la banda está sencillamente reaccionando a otras fuerza de alteración, tales como desbalance o excentricidad en las poleas, la frecuencia de vibración de la banda será muy probablemente igual a la frecuencia alterante. Esto significa que la pieza de la maquina que realmente está causando el problema aparecerá estacionaria bajo la luz estroboscópica del analizador. Nota:  Si es defecto de la banda la frecuencia de vibración será un múltipla integral –1,2,3 ó 4 – de las rpm de la banda. El múltiplo verificado dependerá de la naturaleza del problema y de la cantidad de poleas, sea de accionamiento como locas, presentes en el sistema. Es fácil determinar las rpm de una banda de la siguiente manera: Rpm de la banda =  (3.14 x diám. de la polea x rpm de la polea)/ longitud de la banda.

Vibración debida a Problemas de Engranaje La vibración que resulta de problemas de engranaje es de fácil identificación porque normalmente ocurre a una frecuencia igual a la frecuencia de engrane de los engranajes – es decir, la cantidad de dientes del engranaje multiplicada por las rpm del engranaje que falla. Problemas comunes de los engranajes, que tienen como resultado vibración a la frecuencia de engrane, comprenden el desgaste excesivo de los dientes, inexactitud de los dientes, fallas de lubricación y materias extrañas atrapadas entre los dientes. No todos los problemas de engranajes generan frecuencias de vibración iguales a las frecuencias de engrane. Si un engranaje tiene un solo diente roto o deformado, por ejemplo, el resultado puede ser una frecuencia de vibración de 1x las rpm. Mirando la forma de onda de esa vibración en un osciloscopio conectado con un analizador, la presencia de señales de impulso permitirá distinguir entre este problema y las demás averías que también generan frecuencias de vibración de 1x las rpm. Desde luego, si hay más de un diente deformado, la frecuencia de vibración es multiplicada por una cantidad correspondiente. La amplitud y frecuencia de vibración debida a los engranajes pueden también parecer erráticas a veces. Dicho tipo de vibración errática ocurre normalmente cuando un conjunto de engranajes está funcionando en condiciones de carga muy liviana. En tales condiciones la carga puede desplazarse repetidamente de un engranaje a otro de modo irregular. Nota: Los problemas de rodamientos son predominantes en el punto de falla de los mismos, mientras que los problemas de engranajes pueden ser detectados en dos o más puntos de la maquina.

Vibración debida a Fallas Eléctricas Esté tipo de vibración es normalmente el resultado de fuerzas magnéticas desiguales que actúan sobre el rotor o sobre el estator. Dichas fuerzas desiguales pueden ser debidas a:

     

Rotor que no es redondo Chumaceras del inducido que son excéntricas Falta de alineamiento entre el rotor y el estator; entrehierro no uniforme Perforación elíptica del estator Devanados abiertos o en corto circuito Hierro del rotor en corto circuito En líneas generales, la frecuencia de vibración resultante de los problemas de índole eléctrica será 1x las rpm, y por tanto se parecerá a desbalance. Una manera sencilla de hacer la prueba para verificar la presencia eventual de vibración eléctrica es observar el cambio de la amplitud de la vibración total (filtro fuera) en el instante en el cual se desconecta la corriente de esa unidad. Si la vibración desaparece en el mismo instante en que se desconecta la corriente, el problema con toda posibilidad será eléctrico. Si solo decrece gradualmente, el problema será de naturaleza mecánica. Las vibraciones ocasionadas por los problemas eléctricos responden generalmente a la cantidad de carga colocada en el motor. A medida que se modifica la carga, la amplitud y/o las lecturas de fase pueden indicar cambios significativos. Esto explica por qué los motores eléctricos que han sido probados y balanceados en condiciones sin carga muestran cambios drásticos de los niveles de vibración cuando vuelven a ser puestos en servicio.

5. CONSECUENCIAS DE LAS VIBRACIONES La mayor parte de vibraciones en máquinas y estructuras son indeseables porque aumentan los esfuerzos y las tensiones y por las pérdidas de energía que las acompañan. Además, son fuente de desgaste de materiales, de daños por fatiga y de movimientos y ruidos molestos. " Todo sistema mecánico tiene características elásticas, de amortiguamiento y de oposición al movimiento; unas de mayor o menor grado a otras; pero es debido a que los sistemas tienen esas características lo que hace que el sistema vibre cuando es sometido a una perturbación ". " Toda perturbación se puede controlar, siempre y cuando anexemos bloques de control cuya función de transferencia sea igual o invertida a la función de transferencia del sistema" En ingeniería y arquitectura las magnitudes de las oscilaciones o vibraciones de las estructuras (frecuencias, aceleraciones, velocidades, desplazamientos...) medidas o

calculadas deben evaluarse en función de si los efectos de estas vibraciones son o no tolerables. Con este objetivo, en este apartado se describen distintos criterios de aceptación de vibraciones expuestos en diversas normas de construcción que permiten valorar su grado de afectación a la estructura, personas o actividades. Los criterios para la aceptación o limitación de los valores tolerables en estructuras peatonales o edificios se definen en relación a los tres siguientes posibles efectos: • Sobreesfuerzos en los elementos que forman la estructura (deformaciones, fatiga, tensiones...). • Efectos psicológicos o de sensaciones en las personas (mecánicos, acústicos, ópticos...). • Efectos en actividades profesionales o procesos productivos (problemas con las tolerancias de algunos productos...) así como también incremento de tensiones en maquinaria deformaciones, fatiga, esfuerzos...). Resulta relativamente complejo discernir entre valores aceptables o inaceptables para los tres efectos descritos en el párrafo anterior. Los efectos psicológicos sobre las personas responden a parámetros de sensibilidad personales y por lo tanto resultan de difícil evaluación objetiva dada la posibilidad de valoraciones subjetivas individuales distintas. Tampoco resulta sencillo valorar los efectos de las vibraciones en la maquinaria o Instalaciones de algún proceso productivo, mientras que los valores tolerables o aceptables para evitar sobreesfuerzos en estructuras pueden determinarse de manera más segura, pues se pueden medir y valorar de manera real. Los valores límite para las vibraciones pueden darse mediante valores de aceleración , velocidad, desplazamientos, amplitudes, frecuencias o cantidades empíricas derivadas de las anteriores. Con el objetivo de diferenciar los distintos efectos que pueden producir las vibraciones y sus valores aceptables, dividiremos este apartado en tres tipos de criterios para valorar su aceptación: 1.Criterios estructurales. 2.Criterios psicológicos. 3.Criterios de calidad en la producción. En ninguno de los casos los criterios que se describen a continuación deben ser considerados como límites para determinar con absoluta certeza la idoneidad o no de una estructura desde alguno de los puntos de vista descritos anteriormente, y deben tomarse como herramientas para realizar valoraciones relativas sobre la construcción

CRITERIOS ESTRUCTURALES

Las vibraciones producidas por las personas, maquinaria, tráfico de vehículos, trabajos de construcción, etc... pueden causar deformaciones, así como pequeñas o grandes Afectaciones a los edificios o a los elementos estructurales o no estructurales que los constituyen. Algunas de estas incidencias son, • rotura, agrietamiento o fisuración de paredes o forjados del edificio. • empeoramiento de patologías existentes por otras causas de elementos estructurales o no-estructurales. • caídas de equipos o maquinaria de trabajo con los consecuentes daños en equipos o personas. Las vibraciones continuadas, además de los efectos descritos anteriormente, pueden producir en las estructuras de los edificios problemas de fatiga, incremento de tensiones o sobreesfuerzos en los elementos resistentes principales de la estructura. Los criterios de aceptación de los valores de las vibraciones deben tener en cuenta los siguientes factores entre otros: calidad y características de los materiales de construcción (especialmente la ductilidad), tipología del edificio, propiedades de la cimentación del edificio, dimensiones de los principales elementos resistentes, edad de la construcción, duración de los efectos de las vibraciones, caracterización de la oscilación… En la figura 7.1 se muestran la totalidad de daños estructurales esperables en función de distintos parámetros (frecuencia, velocidad pico, aceleración pico, desplazamiento pico...)

Espectro de respuesta de los efectos

Aunque los criterios de aceptación se toman de manera independiente de la frecuencia, los valores más convenientes como indicadores varían en función del rango de frecuencia; mientras que el límite para las vibraciones lo marca la velocidad para frecuencias bajas, para frecuencias altas, debemos atender a las aceleraciones pico. A pesar de esto, la mayoría de los criterios se basan en valores de velocidades. A continuación describimos algunos de los criterios de aceptación de vibraciones según parámetros de afectación estructural descritos en bibliografía o normativas internacionales.

Normativa DIN 4150, Parte 3 (1999) [7] La normativa alemana DIN 4150 en su tercera parte trata los efectos en edificios y sus elementos estructurales de vibraciones de carácter internas o externas. Para la valoración mediante este criterio, las velocidades, las frecuencias o las tensiones debidas a las cargas dinámicas si es necesario, se comparan con los valores del criterio. Partiendo de los tiempos de actuación de las vibraciones aparecen tres criterios de aceptación: • Vibraciones estructurales de corta duración (transitorias). • Vibraciones estructurales permanentes. • Vibraciones permanentes particulares de los forjados.

Para esta normativa, el objetivo es marcar los límites en las vibraciones que no supongan para el edificio perder su uso habitual. La reducción del uso del edificio por efecto de las vibraciones incluye la afectación de la estabilidad del edificio o de alguno de sus componentes o la reducción de la capacidad resistente de los forjados. Para las estructuras incluidas en los tipos “Line 2” y Line 3” su uso se puede ver reducido si aparecen fisuras o grietas en las superficies de las paredes, empeoran fisuras o grietas existentes o si las particiones o tabiquerías se ven afectadas por la pérdida de resistencia de los forjados. Estos tipos de lesiones se consideran menores pero pueden suponer una pérdida de servicio del edificio. En la tabla 5.1 y la figura 5.2 se dan los valores de las velocidades máximas para la cimentación y para el plano del piso más alto de varios tipos de edificios para vibraciones de corta duración. Si se cumplen estos valores, ningún efecto dinámico debería producir daños importantes para provocar la pérdida de servicio del edificio cosa que supondría que la posible aparición de patologías tendría otras causas. En cambio, el hecho de superar dichos valores, no supone obligatoriamente la aparición de los daños descritos anteriormente

Para el caso de estudio de los forjados, la norma alemana establece como valor límite, para o producirse reducción del servicio o uso de los edificios sometidos a vibraciones de corta duración, una velocidad vz no superior a los 20 mm/s. En los edificios encuadrados en la “line 3” será necesario prever valores inferiores para evitar los daños En la tabla 5.2 se dan los valores de las velocidades máximas para el plano del piso más alto de varios tipos de edificios para vibraciones de larga duración. Al igual que en el caso de vibraciones de corta duración, si se cumplen estos valores, ningún efecto dinámico debería producir daños importantes para provocar la pérdida de servicio del edificio cosa que supondría que la posible aparición de patologías tendría otras causas. En cambio, el hecho de superar dichos valores, no supone obligatoriamente la aparición de los daños descritos anteriormente

Los efectos sobre los forjados de las vibraciones de larga duración se valoran en la norma alemana mediante una formulación, pero como indicación general se limita la velocidad máxima en dirección vertical a 10 mm/s debiendo estudiar de manera particular los edificios de tipo “Line 3”.

Normativa SN 640312 (1978) [8] La Asociación Suiza de Ingenieros de Carreteras en su normativa SN 640312, diferencia cuatro tipos de construcciones o edificios de acuerdo principalmente con el tipo de construcción, tal como se observa en la tabla 5.3. En este caso, el dato para aplicar el criterio de aceptación de esta normativa es la velocidad pico de las vibraciones, considerando dos casos distintos en función de la causa de las vibraciones (fuente de origen que las provoca) que se distinguen también en su forma de producirse; el primer grupo incluye tráfico, maquinaria y equipos de trabajo mientras que el segundo se refiere a vibraciones producidas por explosiones que al ser poco frecuentes se permiten límites superiores. Los valores máximos admisibles para cada caso se muestran en la tabla 5.4.

Direc triz KDT 046/72 (1972) [9] La directriz presentada por la Cámara Tecnológica de la antigua República Democrática Alemana, también diferencia cuatro tipos de edificaciones o construcciones para los que proporciona unos valores límite para sus velocidades pico en caso de oscilaciones, tal como se puede ver en la tabla 5.5

Normativa ISO 4866 (1990) [10] En la normativa ISO 4866 “Mechanical vibration and shock-Vibration of buildings-Guidelines for the measurement of vibrations and the evaluation of their effects o buildings” no se especifica propiamente ningún criterio para la aceptación de vibraciones en las estructuras. En cambio, en su anejo A, se define una clasificación de los edificios en 14 categorías

distintas de acuerdo con su tipología, cimentación, tipo de terreno, importancia del edificio, etc. En la tabla 5.6 se muestra la clasificación de las estructuras en ocho tipos distintos en función del tipo de edificio según la ISO 4866. Los grupos de edificios 1 y 2 hacen referencia a la antigüedad de la construcción. El grupo 1 hace referencia a edificios antiguos o construidos más recientemente pero con técnicas, materiales y maquinaria antigua. Este tipo de edificaciones suelen ser pesadas pero con materiales poco resistentes y tienen un coeficiente de amortiguamiento elevado. El grupo 2 se refiere a estructuras modernas que suelen ser más ligeras y con materiales más resistentes en todas sus direcciones, y un coeficiente de amortiguamiento pequeño.

6. INSTRUMENTOS PARA MEDIR LA VIBRACION: Las vibraciones que se van a medir pueden clasificarse como: Vibraciones periódicas. Vibraciones de choque o transitorias. Vibraciones aleatorias o estadísticas. De éstas, el movimiento periódico es el más conocido, y los instrumentos para medir la frecuencia, amplitud, velocidad, aceleración o pendiente de onda, están bien evolucionados. En la medición de choques las mismas cantidades mencionadas anteriormente pueden ser interesantes; sin embargo, en general, las aceleraciones pico son muy importantes. En el caso de los movimientos aleatorios, es deseable un espectro de frecuencias de los valores cuadráticos medios, y la instrumentación para esas mediciones son muy complejos y de evolución algo reciente. El sistema sísmico resorte – masa representa el elemento básico transductor de muchos instrumentos para medir la vibración. Según sean los límites de frecuencias utilizados, el desplazamiento, la velocidad o la aceleración, se indica por el movimiento relativo de la masa suspendida con respecto a su punto de fijación. Como las vibraciones son muchas veces demasiado pequeñas para la indicación mecánica, el movimiento relativo se convierte, en general, a tensión eléctrica ( voltaje ) por el movimiento de una bobina en campo magnético. Dichas señales se pueden procesar en una Estación de Trabajo Asistida por Computador o WorkStation:

WorkStation para la medición de vibración

Los sensores mostrados ( Acelerómetros ) funcionan bajo el principio de resorte – Además, existen dispositivos especiales para la medición de vibraciones de torsión:

Dispositivo para medición de vibraciones 1

( El acelerómetro piezoeléctrico se utiliza para medir vibraciones cuya frecuencia sea inferior a unos 2 Khz, porque su frecuencia natural es del orden de los 5 Khz. Para su utilización, todo el conjunto se fija al equipo al que se le van a medir las vibraciones. Cuando la masa sísmica aumenta o disminuye la presión sobre el cristal piezoeléctrico, éste genera un voltaje alterno cuya amplitud es proporcional a las aceleraciones de las vibraciones; y cuya frecuencia es igual a la de dichas vibraciones. 7. BIBLIOGRAFIA. [1] JENSEN, Jens. RIOS Gilberto, RODRIGUEZ Oscar, MOJICA Melquicedec. Vibraciones Mecánicas. Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ingeniería – Publicaciones. Santafé de Bogotá D.C. 1993. [2] MORA VILLATE, Adolfo. Tecnología del Control de Procesos Industriales. Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ingeniería – Publicaciones. Santafé de Bogotá D.C. 1994. [3] THOMSON T. William. Vibración. Manual del Ingeniero Mecánico. Marks. Mc Graw Hill. Santafé de Bogotá D.C. 1997. [4] KREYSZIG Erwin. Matemáticas Avanzadas para Ingeniería Volumen 2. LIMUSA – Grupo Noriega Editores. México 1991. [5] BEER P. Ferdinand. JOHNSTON Russel E. Jr. Mecánica Vectorial para Ingenieros – Dinámica – Vibraciones Mecánicas. Mc Graw Hill. México 1990. [6] SHIGLEY Edward Joseph. MISCHKE Charles R. Diseño en Ingeniería Mecánica. Mc Graw Hill. México – 1992. [7] BEER P. Ferdinand. JOHNSTON Russel E. Jr. Mecánica de Materiales. Mc

Graw Hill. México 1991. [8] MYERS Raymond. WALPOLE Ronald E. Estadística para Ingenieros. Mc

8. LINKOGRAFIA http://www.uhu.es/servicio.prevencion/menuservicio/info/higiene/vibraciones.pdf http://arquitectosdecadiz.com/uploads/%C3%81reas_Construcci%C3%B3n/16.%20INASEL. %20Casos%20pr%C3%A1cticos.%20Soluciones%20constructivas.%20Pedro%20Flores %20Pereita.pdf http://www.monografias.com/trabajos/vibramec/vibramec.shtml#ixzz2yx82CZNA