3. Vibrações mecânicas e acústica

CIBEM-2017-Capa

O CIBEM constitui um fórum de discussão que abrange desde os temas mais clássicos, aos mais atuais (biomecânica, novos materiais, nanotecnologias, microfluídos, novas fontes energéticas, novos conceitos de desenvolvimento de produtos, modelações avançadas, manufatura digital) suscitando grandes desafios aos profissionais, como por exemplo a interação e integração com outras engenharias que os novos ambientes baseados na Indústria 4.0 requerem.

A transformação digital a que assistimos suscita desafios interessantíssimos à Engenharia Mecânica. Os profissionais de Engenharia Mecânica, particularmente os oriundos do espaço Ibero-americano, são agentes determinantes para a operacionalização dessa transformação, a qual potenciará a aceleração do desenvolvimento dos países desta importante região. Criando novos produtos, novos processos produtivos ou novos materiais, os Engenheiros Mecânicos concretizam a Inovação!

Áreas Temáticas

A. Ciências Aplicadas

3. Vibrações mecânicas e acústica

ATENUAÇÃO PASSIVA DE VIBRAÇÕES EM ESTRUTURA TIPO PÓRTICO SUJEITA À EXCITAÇÃO SÍSMICA UTILIZANDO MINIMOLAS SUPERELÁSTICAS DE NITINOL

Resumo

As vibrações de natureza mecânica são fenômenos importantes do mundo físico, e seus efeitos podem ser verificados no nosso cotidiano, seja na indústria ou em estruturas de construção civil. Geralmente, tais oscilações são indesejáveis e podem vir a causar a falha ou o próprio colapso estrutural. Com o intuito de conter estes efeitos, tem-se estudado técnicas que venham a minimizar as suas implicações, que vão desde atuadores passivos, até controladores de materiais avançados e inteligentes. As ligas com memória de forma (LMF) se enquadram nestes tipos de materiais tendo a superelasticidade (SE) como uma de suas principais propriedades, que ocorre pelas transformações reversíveis de fases sólidas no material, dando a ele a capacidade de dissipar energia mecânica. Esta dissipação pode ser aplicada para atenuar passivamente vibrações em sistemas estruturais. Este estudo tem o objetivo de analisar um sistema passivo de absorção de vibrações em um pórtico de edifício de dois andares, a partir da incorporação de minimolas helicoidais superelásticas de Nitinol, para atenuação da transmissibilidade de vibração do sistema quando submetido a ações de natureza transiente. Em caráter experimental foi realizada uma análise modal com o intuito de se prever o comportamento dinâmico do sistema, no qual foram obtidas as amplitudes de aceleração para três tipos de sinais de abalos sísmicos simulados em quatro configurações distintas da estrutura. Numa determinada situação, usando minimolas superelásticas, as análises dos espectros de frequência mostraram uma redução na transmissibilidade de até 55% para o primeiro modo de vibrar e 78% para o segundo modo de vibração, quando comparados à configuração sem atuadores, e estes valores aumentaram para 82% e 86% respectivamente, na configuração que incorpora o dobro de minimolas superelásticas, validando a análise e o método de controle passivo empregado.

Palavras chave:Controle passivo de vibrações, Ligas com Memória de Forma (LMF), Estrutura tipo pórtico, Abalos sísmicos.

Yuri José Oliveira Moraes, Antonio Almeida Silva, Rômulo Pierre Batista dos Reis Marcelo Cavalcanti Rodrigues


SUPRESIÓN PASIVA DE VIBRACIONES INDUCIDAS POR FLUJO CRUZADO EN ESTRUCTURAS MARINAS

Resumo

Las vibraciones inducidas por flujo cruzado (Vortex-Induced Vibrations o VIV en inglés) en estructuras marinas suponen un problema clásico en ingeniería mecánica y en mecánica de fluidos. Se trata de un problema de extrema complejidad por su fuerte carácter no-lineal. La fenomenología es en especial problemática en estructuras con amortiguamientos muy bajos y con ratio de masa bajos (masa estructural/masa fluido desplazado), tal y como se da en las estructuras oceánicas (marine risers, catenarias, etc.).

En este artículo se presenta un trabajo básico, en el que se describe un método para la atenuación pasiva de estas vibraciones. Se presentarán ensayos de laboratorio realizados con modelos a escala con un ratio de masa y amortiguación realista y números de Reynolds (relación fuerzas inerciales/viscosas) subcríticos. Los experimentos incluyen medidas de desplazamiento y la cuantificación del flujo alrededor de la estructura gracias al uso de Velocimetria Plana por Imagen de Partículas (DPIV). Los resultados permiten la descripción de los mecanismos físicos que dan lugar a la supresión de las vibraciones, en forma de alteración de los puntos de separación de las capas límite y la perturbación de las zonas en la estela en las que las capas de cortadura interaccionan.

Palavras chaves: Vibraciones inducidas por flujo, estelas, cuerpos romos.

Francisco Huera-Huarte

SEMI-EMPIRICAL MODEL AND EXPERIMENTAL VALIDATION OF A SCROLL COMPRESSOR

Resumo

Nowadays, scroll compressors are widely used in residential and commercial air-conditioning, refrigeration and heat pump applications. Scroll compressors have no dead space, the contact between the flanks of scrolls and in their bases and upper edges is almost perfect and constant; therefore, it has very good axial and radial compliance. Consequently, this compressor technology presents several advantages such as high compressor and volumetric efficiencies, low vibrations and noise, low torque variations and leakage. The current paper presents a semi-empirical model of a scroll compressor, which was adapted from a phenomenological model for analyzing reciprocating compressors developed by Navarro et al. (2007). The model takes into account the ideal evolution of the refrigerant throughout the compressor and considers the main sources of losses in the compression process. The model is able to predict the compressor and volumetric efficiencies in terms of ten empirical parameters, which have a direct physical interpretation. The model validation was performed using experimental data of a scroll compressor of 9.95 m3h-1 (swept volume) working with propane, which was tested in a calorimetric test bench in a wide range of operating conditions. Results show a correct agreement between the experimental and calculated compressor efficiencies, with a maximum deviation of ± 5%. Furthermore, the model estimates accurately the discharge temperature of the refrigerant, compressor power input, and refrigerant mass flow rate. In addition, the relative influence of the compressor losses in the compressor efficiencies is estimated as a function of a specific working condition. Results show that the electrical and mechanical losses are the most significant ones, and the pressure drop and the heat transfer losses, as well as the leakage, present a low influence on the compressor efficiencies. Moreover, comparing with a reciprocating compressor, the scroll compressor presents lower pressure drop, leakage, and heat transfer losses.

Palavras chave: scroll compressor, model, validation, semi-empirical, performance

Fernando M. Tello-Oquendo, Emilio Navarro-Peris, José Gonzálvez-Maciá

CARACTERIZACIÓN Y MODELIZACIÓN DE UN AMORTIGUADOR MAGNETOREOLÓGICO

Resumo

El uso de amortiguadores magnetoreológicos (MR) se está extendiendo en el mundo de la ingeniería debido a las grandes ventajas que poseen en comparación a los amortiguadores pasivos. Estas ventajas surgen por la posibilidad de modificar la viscosidad del fluido de su interior aplicando un campo magnético, producido por una intensidad aplicada y que puede ser controlada. El problema surge a la hora de modelar su comportamiento altamente no lineal mediante un modelo sencillo y fiable. En la literatura se puede encontrar gran variedad de modelos que intentan reproducir, con mayor o menor precisión, el comportamiento de los amortiguadores MR. En este artículo se caracterizará experimental y numéricamente un amortiguador MR realizando una comparación entre distintos modelos que describen su comportamiento. Se estudiará un sistema de un grado de libertad, compuesto por una masa suspendida sobre un muelle y el amortiguador MR estudiado, introduciendo una excitación de la base y donde la intensidad aplicada en el amortiguador MR será controlada por un control del tipo skyhook. Finalmente, se mostrarán las ventajas y desventajas de cada uno de los modelos estudiados, tanto en la precisión con la cual caracterizan el comportamiento del amortiguador MR ensayado como en la implementación en el control de una suspensión.

Palavras chaves: Amortiguador magnetoreológico, histéresis.

Eduardo Palomares Novalbos, Ángel Luis Morales Robredo, Antonio Javier Nieto Quijorna, José Manuel Chicharro Higuera, Publio Pintado Sanjuán

ANÁLISIS ERGONÓMICO DEL COMPORTAMIENTO VIBRATORIO DE UNA CADENA TRANSPORTADORA PARA LA INDUSTRIA DEL AUTOMÓVIL

Resumo

Los objetivos del presente trabajo consisten en desarrollar un modelo avanzado de un transportador de cadena de polioximetileno, utilizado habitualmente en la industria de automoción, para simular su comportamiento ante las vibraciones y, además, facilitar el diseño desde el punto de vista ergonómico. Para ello se ha modelizado la cadena mediante el método de los elementos finitos, utilizando una metodología de generación semiautomática, con el fin de analizar la respuesta vibratoria de la cadena en diversas condiciones de trabajo. Posteriormente, se ha realizado un conjunto de medidas experimentales en una cadena instalada en una fábrica de vehículos industriales y se han comparado estos resultados con los obtenidos mediante el modelo. Los resultados alcanzados pueden considerarse satisfactorios ya que, además de validar el modelo, han permitido estudiar sobre él, en la fase de diseño, las modificaciones que deben introducirse para mejorar la ergonomía de la cadena y, al tratarse de un modelo totalmente parametrizado, disponer de una herramienta sencilla que sirva de ayuda a los ingenieros a la hora de diseñar este tipo de equipos con el fin de evitar, o al menos reducir, los efectos negativos que pueden derivarse de su comportamiento dinámico, desde el punto de vista ergonómico.

Palavras chave: transportador de cadena, vibraciones, ergonomía, modelo f.e.m, chain conveyor

A. F. Cubero, J. López, M. Artés

MODELADO TERMODINÁMICO DE SUSPENSIONES NEUMÁTICAS

Resumo

El amplio uso de los aisladores de vibración neumáticos en suspensiones secundarias de vehículos ferroviarios de pasajeros, así como en los vehículos pesados de carretera, ha multiplicado el número de estudios en este campo. Muchos de estos modelos tratan de simular el proceso termodinámico en el resorte de aire y el depósito de reserva, así como el flujo en la restricción que los conecta. La evolución de la densidad y la presión, tanto en el resorte como en el depósito, se suele modelar como un proceso politrópico. Sin embargo, en la mayoría de los estudios encontrados en la literatura, el coeficiente de la transformación se suele proponer más que medir. Este trabajo presenta medidas experimentales de dichos coeficientes. Se realizaron medidas de presión, temperatura, fuerza y desplazamiento y se obtuvieron valores de los coeficientes en función de la frecuencia. Se demuestra que la idea tradicional de que los ciclos a baja frecuencia deben ser isotermos, tendiendo a adiabáticos cuando aumenta la frecuencia, no se corresponde con nuestros resultados experimentales.

Las medidas de temperatura y presión a ambos lados de la restricción permiten estimar el flujo y determinar su relación con la diferencia de presiones. Sorprendentemente, y aunque el flujo es previsiblemente complejo, la relación del gasto másico con la diferencia de presiones se describe con una simple pérdida de carga en flujo incompresible.

Tanto el modelo termodinámico como la representación del flujo a través de la restricción permite disponer de un sistema de ecuaciones algebraico-diferenciales con el que simular el comportamiento de la suspensión para solicitaciones arbitrarias. La cuantificación de la respuesta para distintas excitaciones utilizando distintos diámetros del orificio, permite encontrar la restricción óptima para cada combinación de velocidad e irregularidad de la vía.

Palavras chaves: muelle de aire, modelos termodinámicos, caudal de aire, dinámica ferroviaria, vibración.

C. Ramiro Redondo, P. Pintado Sanjuán, A.L. Morales Robredo, A.J. Nieto Quijorna, J.M. Chicharro Higuera.

ESTUDO NUMÉRICO DE GERAÇÃO DE RUÍDO EM PERFIL AERODINÂMICO

Resumo

As fontes de energias renováveis veem aumentando sua participação na matriz energética mundialmente. Destas, a energia eólica é a que possui maior capacidade instalada e ainda com grande potencial em crescimento. Sua aplicação em regiões urbanas ou próximas destas, no entanto causam efeitos incômodos à população como o ruído. O presente trabalho tem como objetivo a análise de variações do aerofólio s809, indicado para uso em turbinas eólicas de eixo horizontal, e o estudo do impacto dessas variações na geração de ruído causada pelo escoamento. Serão realizadas simulações transientes em fluidodinâmica computacional (CFD) e variações de pressão na esteira turbulenta indicarão variações na geração de ruído.

Palavras chave: CFD, aerofólio, ruído.

Tarcisio Faustino Magalhães, Turan Dias Oliveira, Alex Álisson Bandeira Santos, Luzia Aparecida Tofaneli

LAS FRECUENCIAS NATURALES Y MODOS DE VIBRACIÓN Y SU IMPLICANCIA EN LA CONFIABILIDAD DE FUNCIONAMIENTO DE UNA ZARANDA VIBRATORIA HORIZONTAL

Resumo

En el Perú, la industria minera es una de las actividades más productivas e influyentes en el producto bruto interno del país. Para garantizar la sostenibilidad de la producción es importante contar con una alta confiabilidad de los equipos que participan en los procesos inherentes a este sector. Una de estas máquinas es la zaranda vibratoria, que juega un rol importante en las plantas de procesamiento. En este trabajo se presenta el análisis dinámico estructural de una zaranda vibratoria horizontal, con la finalidad de observar la influencia que tienen las frecuencias y modos de vibración en la confiabilidad de funcionamiento del equipo. Se procedió inicialmente con el análisis conceptual, asumiendo que toda la zaranda se comporta como un cuerpo rígido, determinando así las frecuencias naturales fundamentales de la zaranda; sin embargo, con este procedimiento no es posible determinar las frecuencias y modos de vibración del cuerpo misma de la zaranda, siendo necesario el empleo del método de los elementos finitos para hallar estos valores, los cuales fueron validados posteriormente con pruebas experimentales de análisis modal. Se estudiaron los resultados, tanto experimentales y de simulación de las frecuencias naturales de la zaranda y/o componentes, determinándose que la frecuencia de operación de la zaranda se encuentra dentro de dos frecuencias naturales de la estructura, en un rango de ± 1Hz. Este hecho viene considerado en el diseño mismo de las zarandas, no obstante, si no se monitorea correctamente el funcionamiento de la zaranda, puede ocasionar: primero, fenómenos de modulación y finalmente pueden llevar a la estructura de la zaranda hasta el nivel de resonancia, aumentando así los valores de vibración que conllevan en muchos casos a la falla de la viga puente, y otros elementos que conforman la zaranda.

Palavras chaves: Zaranda, elementos finitos, frecuencias naturales, resonancia, modulación.

Jorge Alencastre, Job Guevara, Misael Ore, Lenin Chavez

REVISIÓN DE LA GENERACIÓN DE ENERGÍA POR MEDIOS TERMO-ACÚSTICOS

Resumo

El motor Stirling termo-acústico (Thermo-Acoustic Stirling-Like Cycle Engine, TA-SLiCE) es probablemente la evolución última del motor Stirling en el que se simplifica al máximo la mecánica del mismo, ya que carece de pistones. Está basado en la tecnología termo-acústica todavía en fase de investigación fundamental, ya que su estudio comenzó en los años ochenta, hasta finales de los noventa los generadores termo-acústicos no empezaron a producir una cantidad de energía útil considerable. De entre las diferentes tecnologías “verdes” surgidas recientemente, la termo-acústica, está recibiendo mucho interés por parte de los investigadores por su potencial para el aprovechamiento energético de fuentes de calor limpias y/o residuales. Así, el motor Stirling termo-acústico se muestra como una alternativa atractiva y económica para la micro-generación de electricidad, que además permite la recuperación de energía presente en el entorno (por ejemplo el calor residual que desprenden los motores en el proceso de combustión), disminuyendo los costes medioambientales. Este artículo presenta una revisión del estado del arte de las máquinas termo-acústicas (TA-SLiCEs) que han sido y están siendo objeto de estudio para su aplicación en la generación de energía. Además se ha realizado una clasificación de dichos dispositivos según el rango de potencia eléctrica conseguida y se analizan las futuras tendencias de la tecnología.

Palavras chaves: Motor Stirling temo-acústico, fase de onda progresiva, transductor electro-acústico, generador eléctrico

Carmen Iniesta, Jordi Vinolas, José Luis Olazagoitia

EVALUACIÓN COMPUTACIONAL TERMOHIDRÁULICA DE BOMBAS MULTIFÁSICAS DE DOBLE TORNILLO

Resumo

En este artículo se analizó el comportamiento termo-hidráulico de un flujo multifásico en dos bombas multifásicas de doble tornillo de geometría similar, con y sin sistema de recirculación. Se evaluó la eficiencia volumétrica, el flujo de succión, el reflujo, el consumo de energía y la distribución de presión y temperatura a lo largo de la bomba. Estos parámetros fueron revisados a diferentes Fracciones Volumétricas de Gas (de 0 a 90%), velocidad de rotación, temperatura de succión, presión de succión y presión diferencial. Los resultados mostraron un mejor desempeño para la bomba sin tecnología de recirculación en casi todos los parámetros evaluados para las Fracciones Volumétricas de Gas inferiores al 90%, por encima de este valor la otra bomba permanece operativa como consecuencia de los efectos de la tecnología de recirculación.

Palavras chave: Bomba Multi-fásica, Recirculación, Bomba de doble tornillo, Modelo termo- hidráulico, Evaluación computacional.

José Luis Ramírez Duque

METODOLOGIA DE ÍNDICE DE QUALIDADE VIBRACIONAL – ESTUDO DE MODIFICAÇÃO DE BUCHA DA SUSPENSÃO

Resumo

O trabalho apresenta uma metodologia de análise do comportamento de um veículo, em diferentes tipos de pista, em relação ao seu conforto, chamada de Índice de Qualidade Vibracional, que permite objetivar os níveis de conforto do veículo analisado e compará-lo com outros modelos do mesmo segmento, da mesma montadora ou de concorrentes. Além de demonstrar como é feita a análise de conforto do veículo, é proposta uma mudança em um dos componentes da suspensão dianteira, mais especificamente em uma das buchas que compõem o braço oscilante dianteiro, modificação esta que tem como objetivo a melhoria do comportamento do veículo ao percorrer trechos com imperfeições no piso, através de uma maior eliminação de vibrações, feita pelo mecanismo de suspensão. A viabilidade de tal proposta é estudada primeiramente no que se chama de ‘Experimentação ao banco’, quando é realizada em um banco de prova próprio, que simula o trabalho do componente em uma situação real. Após a conclusão de que a modificação do componente obteve sucesso, é realizada a ‘Experimentação sob veículo e Análise Subjetiva’, que possibilitam concluir que a proposta de modificação da bucha é viável no que diz respeito à melhoria de conforto.

Palavras chaves: Conforto Veicular, Vibração, Suspensão, Aquisição

Luís Felipe Mrad, Juan Carlos Horta Gutierrez

ANALYSIS OF THE NATURAL FREQUENCIES AND VIBRATION MODES OF A PARALLEL MANIPULATOR FOR AUTOMOBILE PIECES TESTING PURPOSES

Resumo

During their lifespan, automobile pieces suffer continuous vibrations. We can simulate the vibrations suffered by automobile components by using one translation and two rotations. Accordingly, parallel manipulators with those degrees of freedom are the most convenient ones for vibration testing of automobile pieces. The main objective when designing a parallel manipulator for vibration testing is to reproduce the movements that the pieces will suffer during their lifespan. In case the manipulator enters in resonance with those frequencies, the vibrations would be amplified and the results would not be valid. Thus, it is essential to do vibration tests during the design process in order to understand how they behave and ensure a good functioning. This work proposes a parallel manipulator – the 2PRU-1PRS – as vibrations simulator for automobile pieces. We describe both the geometry of the manipulator and the trajectories that it has to follow in the most common vehicle vibration tests in Spain. Besides, we study the natural frequencies of the manipulator and its vibration modes by using two methods – finite elements analysis and experimental analysis. We analyse and compare the results obtained in both cases and conclude that the manipulator does not enter in resonance with the simulation frequencies.

Palavras chaves: parallel manipulators, vibrations, natural frequencies, vibration modes

Saioa Herrero, Charles Pinto, Mikel Diez, Javier Corral

CARACTERIZACIÓN DE LAS VIBRACIONES STICK-SLIP DE UN OSCILADOR CON AMORTIGUAMIENTO Y FRICCIÓN TIPO RATE AND STATE

Resumo

El fenómeno stick-slip se produce en procesos de movimiento con fricción entre dos superficies sólidas deslizantes. Desde hace algunas décadas se han intensificado los estudios sobre ciertos aspectos del comportamiento dinámico asociado al deslizamiento entre sólidos elásticos; y más recientemente incluso se han extendido a medios poroelásticos. Según sean las aplicaciones prácticas buscadas, se emplean diversas leyes de variación para el coeficiente dinámico de fricción. Este normalmente se considera función solo de la velocidad relativa de deslizamiento, otras veces se hace depender además de variables con dimensión temporal, denominadas variables de estado. En este trabajo se recopilan algunos casos sobre el estudio dinámico del problema canónico con fricción variable, consistente en un deslizador con un muelle y un amortiguador. Se utiliza un método numérico de resolución de la ecuación del movimiento. A partir del esquema básico, se añade el modelo de fricción “rate and state”, ampliamente aplicado en sismología para el estudio del deslizamiento de fallas susceptible de generar movimientos sísmicos. Se aplica dicho modelo al análisis de algunos casos prácticos, por ejemplo el de una fuerza tractora a velocidad constante o el de la cinta transportadora. Se analizan los rangos de variación de los parámetros característicos del modelo “rate and state” que conducen a situaciones estables o inestables de deslizamiento. Se comparan los resultados con otros modelos de fricción dependientes de la velocidad, tales como el exponencial o el polinómico. Se extraen conclusiones directas sobre la aplicabilidad de la fricción tipo “rate and state” en cada caso. Finalmente, se plantea una propuesta simplificada para acoplar una hipotética poroelasticidad de uno de los sólidos en contacto, a través de la flexibilidad y el amortiguamiento del deslizador.

Palavras chave: vibración stick-slip, fricción de Coulomb, rate and state, vibraciones mecánicas, amortiguamiento

Juan Carlos Mosquera, Luis Cueto Felgueroso, David Santillán, Beatriz González Rodrigo

RELACIÓN ENTRE LA MEDIDA DE INTENSIDAD VIBRACIONAL Y LA TÉCNICA DE ANÁLISIS MODAL

Resumo

La técnica de análisis modal para el estudio dinámico de estructuras se encuentra plenamente consolidada. En el caso de estructuras de gran tamaño no resulta tan evidente su aplicación y es necesario recurrir al análisis modal operacional. Para grandes barcos, a veces es interesante conocer la dirección con la que se propaga la onda vibratoria y, de esta forma determinar su origen, ya que las fuentes son múltiples y las máquinas de grandes dimensiones. En una planta propulsora de un buque se pueden generar vibraciones por diversas causas: por desequilibrios de diversa índole en la hélice en dirección longitudinal o trasversal, por el efecto del whirling en ejes intermedios de la línea de ejes, vibraciones torsionales, etc. Estas vibraciones pueden ser de elevado nivel e interaccionar con la estructura del buque (frecuencias naturales). En el presente trabajo se aporta un estudio comparativo entre la consolidada técnica de análisis modal, en donde se relaciona las fuerzas de entrada con las respuestas de los elementos estructurales en forma de onda vibratoria, frente a la medida de la intensidad de vibración que posee una onda que se propaga a través de una estructura espacialmente. Para poder medir la intensidad de la vibración es necesario como mínimo utilizar dos acelerómetros y obtener el espectro cruzado de las señales pareadas. También se aporta un análisis de los posibles errores que se pueden cometer en el proceso de medida con dicha técnica, como cuantificarlos y sus limitaciones.

Palavras chave: vibración, intensidad vibratoria, análisis modal

Munuera Saura G., Aguirre Martínez J. L.

DESENVOLVIMENTO DE UM INSTRUMENTO DE MONITORAMENTO DE VIBRAÇÕES EM ESTRUTURAS UTILIZANDO ACELERÔMETRO TRIAXIAL

Resumo

Prezando principalmente à acuidade e o baixo custo, o referido desenvolvimento apetece a criação de um instrumento de monitoramento de vibrações em estruturas na construção civil utilizando o acelerômetro triaxial. A característica de aferição tridimensional torna esse sensor um elemento providencial quando objetiva-se analisar de forma preditiva e pontual vibrações em tempo real em estruturas. Para este desenvolvimento, o referido sensor é acoplado em um chip microcontrolador que por sua vez se comunica via Wireless com um computador, cujo os cálculos mais complexos são executados pelo mesmo. Esse arranjo de hardware se posiciona, inicialmente, como um protótipo de testes, não excluindo o anseio de aprimoramentos a curto e médio prazo. O método de funcionamento do conjunto consiste em analisar temporalmente as vibrações imprimidas nos três eixos do sensor e, posteriormente, executar a Transformada Rápida de Fourier de modo a obter o espectro de frequências inerentes ao sinal temporal registrado. No domínio da frequência, vislumbra-se todo o espectro de amplitudes e de frequências atuantes. A partir desses dados é possível inferir, com base em normas regulamentadoras, quais frequências se posicionam como danosas à integridade estrutural da obra. Tais dados dão margem para a geração de relatórios em tempo real que especificam detalhes como data, hora, frequência crítica e duração do evento crítico, com base nas normas regulamentadoras previamente inclusas em um banco de dados dentro de um servidor. Resultados preliminares de testes realizados em ambiente industrial, com muitas máquinas vibratórias atuantes, sinalizaram vibrações importantes transferidas para o solo da construção, predominantemente constituída de concreto armado. Segundo a norma SN 640312, as frequências admitidas nesse tipo de construção não podem situar-se na faixa de 10 a 60 Hz. Contudo, registrou-se com o protótipo frequências de aproximadamente 20, 39 e 48 Hz, provocadas por Tornos Mecânicos e furadeiras de bancada.

Palavras chaves: flujo en tubería, flujo bifásico, vibración inducida por flujo, estabilidad dinámica.

Rubens Soeiro Gonçalves, Jhonatas Gutierrez Santos de Jesus, Matheus Santos Vieira

APLICAÇÃO DE ACELERÔMETRO TRIAXIAL EM ANÁLISE DE VIBRAÇÕES EM PROCESSOS DE USINAGEM

Resumo

O torneamento é um método de usinagem bastante difundido, no qual uma peça realiza movimentos de rotação em torno do seu próprio eixo ao mesmo tempo em que uma ferramenta de um único gume realiza o desbaste do material através da formação de cavacos. As vibrações do conjunto máquina-ferramenta-peça são inerentes ao processos, entretanto podem causar danos como o desgaste precoce da ferramenta responsável pelo corte, problemas quanto à rugosidade da peça a ser fabricada, perdas na confiabilidade dimensional além de redução da vida útil do próprio equipamento. Considerando o exposto, fica a clara a necessidade de estudo e tratamento de tais vibrações de modo a possibilitar a utilização ótima do equipamento. Para tal efeito, propõe-se a análise do comportamento tridimensional das vibrações atuantes aplicando o Planejamento Experimental Doehlert. O registro e a mensuração das vibrações imprimidas nos três eixos espaciais são realizados pelo Acelerômetro Triaxial e esse sinal temporal é escrito de forma matricial, de modo a facilitar cálculos posteriores. A utilização do planejamento experimental possibilita, por sua vez, a redução de ensaios necessários, mantendo a confiabilidade dos dados obtidos bem como a realização do estudo simultâneo de diversas variáveis, separando seus efeitos. Neste caso, objetiva-se estudar os efeitos da velocidade de corte e do avanço no processo de usinagem, tomando por base as acelerações presentes em cada eixo. Por meio de uma plataforma microcontrolada os dados foram tratados e interpretados geometricamente agora no domínio da frequência. Dessa forma, foi possível gerar uma superfície de reposta da variável de saída para cada eixo separadamente, utilizando o modelo obtido por meio do planejamento experimental.

Palavras chave: acelerômetro triaxial, planejamento experimental Doehlert, vibrações

Rubens Soeiro Gonçalves, Thalyta Lopes Santos, Jhonatas Gutierrez Santos de Jesus

IMPACTO DA VIBRAÇÃO ACÚSTICA NAS FACHADAS DAS EDIFICAÇÔES DO PATRIMÔNIO HISTÓRICO DA HUMANIDADE DE SÃO LUIS

Resumo

As ondas sonoras são produzidas por deformações provocadas pela diferença de pressão em um meio elástico qualquer, precisando deste meio para se propagar. Quando o som não é desejado, é molesto ou nocivo, logo podemos chamar de ruído. E esse ruído é danoso à saúde humana, trazendo transtornos físicos e psicológicos dependendo da frequência e amplitude. O presente estudo visa expor o levantamento e à análise da influência e do impacto de vibração acústica no centro histórico da cidade de São Luís, devido a crescente movimentação de público em busca de lazer e diversão nos bares e casas de eventos ali instalados. O centro histórico de São Luís é um exemplo de cidade colonial portuguesa, com traçado preservado e conjunto arquitetônico representativo. Em toda cidade, são cerca de quatro mil imóveis tombados. Por se tratar de uma cidade histórica viva, São Luís expandiu-se, preservando a malha urbana do século XVII e seu conjunto arquitetônico original. Foram executadas aferições em zonas de maior fluxo de pessoas e intensidade sonora. A metodologia se deu utilizando um analisador de frequência de NPS modelo B&K 2270. Os resultados prévios apontaram para níveis de ruído sonoro acima dos níveis determinados em normas técnicas (NBR 10151 e NBR 10152) que avaliam níveis de ruído para conforto acústico de ambientes externos e internos, respectivamente. As principais consequências da permanência de tais atividades recreativas nesse ambiente, que é tombado pela Unesco, acarretam em danos ao patrimônio histórico mundial, uma vez que o ruído sonoro provoca, em termos de frequência, fendilhações em elementos não estruturais como fachadas e paredes divisórias além de estados de tensão elevados nos materiais e induz fenômenos de fadiga motivados, em eventos extremos, por fenômenos de ressonância.

Palavras chave: frequência, monitoramento, ruído, vibrações.

Monalisa Santos Jesus, Sergio Fernando Saraiva da Silva, Jhonatas Gutierrez Santos de Jesus

ULTRASONIC BURNISHING OF AISI 316L STAINLESS STEEL CURVED SURFACES

Resumo

En este trabajo se presenta el bruñido con bola asistido por vibraciones ultrasónicas como una tecnología viable para el acabado de piezas curvadas, presentes en aplicaciones muy diversas, desde el acabado de moldes hasta el acabado de piezas aeronáuticas alabeadas. La asistencia de vibraciones facilita la deformación del material, en un proceso como el bruñido basado en la deformación plástica de los granos superficiales del material. Este fenómeno es conocido como acustoplasticidad. Para realizar este estudio, una herramienta de bruñido con bola asistida por vibraciones ultrasónicas ha sido aplicada sobre diversas superficies mecanizadas sobre sendas piezas de acero inoxidable AISI 316L. Un diseño de experimentos factorial competo se ha diseñado, tomando como parámetros de proceso la fuerza de bruñido, la amplitud de las vibraciones y el radio de curvatura de las superficies objetivo, tomando como variables de resultado la rugosidad y la dureza superficiales. Así, se compararán los resultados obtenidos mediante el proceso asistido y el convencional, así como de la posible influencia de su aplicación sobre superficies de diferentes curvaturas. Se concluye que el proceso asistido por vibraciones permite disminuir la rugosidad superficial notablemente con respecto al proceso convencional. Por otro lado, la superficie convexa muestra un mayor endurecimiento superficial con respecto a las cóncavas analizadas. El resultado es contrario en el caso de la rugosidad, que se consigue reducir en mayor medida en las superficies cóncavas.

Palavras chave: bruñido con bola, acero inoxidable, rugosidad superficial, deformación plástica

Ramón Jerez-Mesa, Yann Landon, J. Antonio Travieso-Rodriguez, Giovanni Gomez-Gras, Jordi Lluma-Fuentes,

Diseño y construcción de un casco de catamarán para competición

Resumo

Cada año se realiza la competencia internacional Hydrocontest, la cual tiene como objetivo el diseño de embarcaciones eficientes, tanto para carga como velocidad, que son propulsados por energía eléctrica. Por esta razón, uno de los parámetros críticos de diseño es la disminución de peso de toda la nave y sus componentes; en particular en el casco, al tiempo que se disminuye el peso se debe proporcionar a la estructura una resistencia y rigidez adecuada. En este trabajo se muestra el proceso de diseño y selección de materias primas, así como de la manufactura de uno de los cascos con los que el grupo Hydrometra participó en la versión del concurso Hydrocontest del año 2017. Dado que entre los materiales con mayor rigidez y resistencia específica están los materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con carbono, estos fueron seleccionados utilizando cálculos preliminares de micromecánica y el método de Ashby. El tipo de tejido se seleccionó con base en la disponibilidad en el mercado local, proceso de manufactura permitido, propiedades mecánicas y facilidad de adecuación a la geometría del molde. El número de capas y secuencia de apilado se determinó mediante simulación por elementos finitos con un programa comercial, las propiedades mecánicas del laminado que no fueron medidas se asumieron de la literatura. El método de manufactura escogido fue el de infusión, el cual proporcionó una material con fracciones volumétricas de fibra superiores al 45%. El peso final obtenido del casco fue aproximadamente barco actual pesó, por unidad de área, un 14% menos que el de la versión anterior, lo que es una disminución significativa para el desempeño del barco.

Palavras chave: Materiales compuestos, Fibra de carbono, Diseño de laminado, Diseño mecánico, Método de elementos finitos.

Luis Miguel González Gutiérrez, Daniela Guarín Monsalve, Pablo Andrés Pantoja González, Juan Manuel Meza Meza.



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