Frecuencia natural

 Frecuencia natural

Cualquier objeto oscilante tiene una 'frecuencia natural', que es la frecuencia con la que tiende a vibrar luego de una perturbación. Por ejemplo, en el caso de un péndulo al sacarlo del equilibrio y permitiéndole vibrar libremente, se comprueba que la frecuencia de oscilación será la misma, independientemente de la perturbación: esta es única para ese péndulo y se denomina frecuencia natural. Supongamos que esa frecuencia es 0,5 Hz, de tal forma que la oscilación la completa en 2 segundos (va y vuelve). Si se le da un ligero impulso al péndulo cada 2 segundos, la amplitud de la oscilación aumenta gradualmente hasta hacerse muy grande. El fenómeno por el que una fuerza relativamente pequeña aplicada de forma repetida hace que la amplitud de un sistema oscilante se haga muy grande se denomina resonancia. Muchos problemas graves de vibración en ingeniería son debidos a la resonancia. Por ejemplo, si la frecuencia natural de un soporte, en alguna dirección coincide con la frecuencia de excitación del rotor, ya sea las rpm o alguna armónica, se producirá una amplificación importante de las vibraciones ya que se esta en un fenómeno de resonancia. Si el amortiguamiento es cero (caso teórico) las amplitudes se incrementan indefinidamente. De todas formas, los sistemas reales tienen un grado de amortiguamiento, pero en todos los casos el aumento de las vibraciones y los esfuerzos es significativo. Por esa razón es necesario, ante un incremento significativo de las vibraciones y una inestabilidad de la fase, realizar un ensayo de resonancia. Para solucionar este problema, una vez detectado el fenómeno de resonancia, es necesario cambiar o la frecuencia de excitación (las RPM) o la frecuencia natural. Si no es posible cambiar las RPM, es necesario el cambio de la frecuencia natural, y esta depende de: K= rigidez de sistema y m= masa Generalmente, en los sistemas mecánicos resulta más práctico el cambio de la rigidez.

¿Qué es la Oscilación?

 Oscilación

En física, la oscilación es el movimiento repetido de un lado a otro en torno a una posición central, o posición de equilibrio. El recorrido que consiste en ir desde una posición extrema a la otra y volver a la primera, pasando dos veces por la posición central, se denomina ciclo. El número de ciclos por segundo, o hercios (Hz), se conoce como frecuencia de la oscilación. Cuando se pone en movimiento un péndulo o se puntea la cuerda de una guitarra, el péndulo y la cuerda acaban deteniéndose si no actúan sobre ellos otras fuerzas. La fuerza que hace que dejen de oscilar se denomina amortiguadora. Con frecuencia, estas fuerzas son fuerzas de rozamiento.

PRACTICA DE RODAMIENTO PARTE 2

 import sympy as sy

x0=sy.symbols("X_0")

wn=sy.symbols("omega")

phi=sy.symbols("phi")

cos=sy.symbols("cos")

sin=sy.symbols("sin")

t =sy.symbols("t")

#posicion

f=x0*sy.cos(wn*t-phi)

f2=x0*sy.sin(wn*t-phi)

#velocidad

df=f.diff(t)

df2=f2.diff(t)

#aceleracion

ddf=df.diff(t)

ddf2=df2.diff(t)

#original function 

f2

X0​sin(ωt−ϕ)

df

−X0​ωsin(ωt−ϕ)

ddf

−X0​ω2cos(ωt−ϕ)

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

sqrt=np.sqrt

cos=np.cos

sin=np.sin

atan=np.arctan

k=3

m=2

x0=3

v0=2

wn=sqrt(k/m)

zeta=0.8

X0=np.sqrt(x0**2+(v0/wn)**2)

phi=atan((v0/wn)/x0)

#wd=

t=np.linspace(0, 10, 200)

x=X0*cos(wn*t-phi)

y=X0*sin(wn*t-phi)

xdot=-X0*wn*sin(wn*t-phi)

ydot=X0*wn*cos(wn*t-phi)

d2x=-X0*cos(wn*t-phi)*wn**2

d2y=-X0*sin(wn*t-phi)*wn**2

fig, ax=plt.subplots()

ax.plot(x,y)

ax.plot(xdot,ydot)

ax.plot(d2x,d2y)

#plt.xlim(-6,6)

#plt.ylim(-6,6)

ax.set_aspect('equal')

plt.grid(True)

LUBRICACIÓN

 Lubricación de estructuras

Lubricación: es un proceso mediante el cual se reduce la fricción entre dos partes móviles introduciendo un fluido para separar las dos superficies de contacto.

Beneficios de la lubricación en piezas:

• Reducir la fricción (fricción o deformación),
• Reducir el desgaste de las piezas,
• Absorber/mitigar choques,
• Reducir/controlar la temperatura,
• Proteger de la corrosión,
• Aislar los componentes de la contaminación,
• Limpiar/eliminar los contaminantes.

Los lubricantes pueden ser fluidos o líquidos (aceites), sólidos (grasas, gel de silicona) o sólidos (teflón, grafito).

Existen dos tipos de bases lubricantes:

*  Las bases minerales: están hechas a base de petróleo crudo. Se obtienen a partir de mezclas de hidrocarburos que han sufrido numerosas operaciones de refinado.

*  Las bases de síntesis: se obtienen por reacción química de varios componentes. Para formular lubricantes se utilizan dos tipos de productos: hidrocarburos sintéticos y ésteres. Estos productos tienen una viscosidad notablemente estable, cualquiera que sea la temperatura. Esta propiedad es una de las principales ventajas de las bases minerales que requieren añadir mejoradores de viscosidad en grandes cantidades. También son más resistentes a la oxidación, lo que se traduce en una mayor longevidad del aceite, permitiendo intervalos más largos entre dos cambios. Cabe subrayar que existen aceites

* Semisintéticos: que se obtienen a partir de una mezcla de las dos bases anteriores (generalmente 20 a 30% de aceite sintético y 70 a 80% de aceite mineral).

Los aceites

Los aceites se componen de una base lubricante y de aditivos.

Los aceites terminados incluyen entre un 15% y un 25% de aditivos, por dos razones:

• Para reforzar ciertas propiedades del aceite base
• Para dotar al aceite base de propiedades que no posee de forma natural.

Mejoradores de viscosidad: permiten que el aceite, caliente o frío, sea suficientemente fluido para evitar el contacto con las partes móviles.

Aditivos antidesgaste: refuerzan la acción antidesgaste que ejerce un lubricante frente a los órganos que lubrica.

Aditivos antioxidantes: ralentizan los fenómenos de oxidación del lubricante y contribuyen a espaciar los cambios de aceite gracias a una mayor resistencia a las altas temperaturas.

Aditivos detergentes: permiten evitar la formación de barniz o depósitos en las partes más calientes del motor como la garganta del segmento.

Aditivos dispersantes: permiten mantener en suspensión todas las impurezas sólidas formadas durante el funcionamiento del motor:

Aditivos de basicidad: neutralizan los residuos ácidos de la combustión de combustibles, principalmente en motores diésel, gradualmente durante su formación.

Aditivos anticorrosivos: evitan el ataque de metales ferrosos.

Aditivos anticongelantes: permiten al lubricante mantener una buena fluidez a bajas temperaturas (de -10°C a -45°C).

Aditivos de alta presión: el objetivo de estos aditivos es reducir los pares de fricción y, por lo tanto, ahorrar energía y proteger las superficies de cargas pesadas.

Las grasas de lubricación se componen de:

• 70 a 95% de aceite base (mineral, sintético o vegetal)
• 0 a 10% de aditivos idénticos a los mencionados anteriormente
• 3 a 20% de un espesante o gelificante cuya función es dar consistencia al lubricante (fluido, semifluido, duro o blando) y atrapar el aceite
•  base y los aditivos para que no se escurran.

Las grasas se distinguen por su adherencia a las superficies a lubricar, resistencia al cizallamiento, insolubilidad en agua y longevidad. Generalmente, una grasa no puede superar una temperatura superior a 300°C

·         Grasas de silicona. Las siliconas pueden ser en forma de aceites, resinas o elastómeros.

·         Grasas alimenticias:  estas grasas están especialmente diseñadas para el contacto incidental con los alimentos.

Elección de lubricantes

La elección de un lubricante debe tener en cuenta las condiciones funcionales del mecanismo a lubricar y, en particular, su temperatura de funcionamiento, las fuerzas de presión, las velocidades de desplazamiento relativas y las condiciones ambientales. Los fabricantes de productos de lubricación son los que están mejor situados para determinar el tipo de lubricante a utilizar basándose en el mecanismo que se va a lubricar.

Sin embargo, los diseñadores y fabricantes de máquinas se ven obligados a proponer los lubricantes que deben utilizarse en sus equipos y a proponer un calendario para el cambio de lubricante y las operaciones de lubricación. 

Problemas por falta de lubricación:

*  ADHESIÓN: se presenta cuando las irregularidades de una superficie interactúan directamente con las de otra, se adhieren y se sueldan, dando lugar en la mayoría de los casos al desprendimiento de partículas.

* ABRASIVO: es el resultado de la presencia entre las superficies en movimiento relativo de partículas extrañas de igual o mayor dureza a la de los materiales que los conforman. Las partículas abrasivas se incrustan ellas mismas en una de las superficies y actúan como una herramienta de corte, removiendo material de la otra superficie.

*  CAVITACIÓN: tiene lugar cuando el aceite fluye a través de una región donde la presión es menor que la de su presión de vapor, esto hace que el aceite hierva y forme burbujas de vapor, las cuales son transportadas por el aceite hasta llegar a una región de mayor presión, donde el vapor regresa al estado líquido en forma súbita, generando fugas sobre las superficies metálicas que dan lugar a la aparición de picaduras y grietas.

*  DIFUSIÓN: La difusión metálica puede ser un factor de desgaste a altas temperaturas. La difusión es un proceso de transferencia de masa, que se acelera al incrementarse la temperatura.

Referencias:Mobility Work. 2021. Lubricación y engrasado en la industria: tipos y características. [online] Available at: <https://mobility-work.com/es/blog/lubricacion-engrasado-funcionamiento/> [Accessed 11 June 2021].

Toledo, S., 2012. Problemas por falta o mala lubricación. [online] Es.scribd.com. Available at: <https://es.scribd.com/doc/103858046/Problemas-Por-Falta-o-Mala-Lubricacion> [Accessed 11 June 2021].

Rodamineto, balero o cojinete

 

Qué es una rodamiento, balero o cojinete

El rodamiento, también conocido como balero o cojinete, es un dispositivo de tipo mecánico, similar en su estructura a los rulemanes, otra pieza mecánica de importancia.

Para qué sirve un rodamiento

Los rodamientos se utilizan en la mayoría de los casos como reductores de la fricción entre los ejes y los elementos vinculados a la transmisión que interactúan con ellos. De esa manera, al reducir la fricción, el rodamiento cumple una segunda función: reducir el desgaste

Cómo funciona un rodamiento
El rodamiento tiene un funcionamiento sencillo en base a sus piezas. Al poseer anillos y en su interior elementos rodantes que se deslizan dentro de la pieza con facilidad es cómo se genera la reducción en la fricción, ya que la energía cinética del movimiento de rozamiento entre ejes y piezas es absorbida por las partes rodantes de este mecanismo. Cabe aclarar que el rodamiento debe ser acompañado por una buena lubricación para lograr cumplir su función de manera correcta.