Los disipadores de fluido viscoso son dispositivos diseñados para disipar energía cinética en forma de calor a través de la resistencia de un fluido viscoso al movimiento. Estos disipadores son comúnmente utilizados en aplicaciones donde se necesita controlar la vibración, como en sistemas mecánicos y estructuras.
¿cómo funcionan los disipadores de fluido viscoso y por qué son
importantes en aplicaciones donde se necesita controlar la vibración?
Los disipadores de fluido viscoso funcionan absorbiendo y disipando la
energía de vibración que se produce en estructuras y equipos. Estos
dispositivos están diseñados para reducir la amplitud de las
oscilaciones de la estructura y minimizar los efectos negativos de la
vibración, como la fatiga de los materiales, el ruido y las molestias
para las personas.
Los disipadores de fluido viscoso funcionan mediante la deformación del
fluido viscoso que se encuentra en su interior. Cuando una estructura se
somete a vibraciones, la masa del disipador de fluido viscoso también
se mueve, generando una fuerza de fricción que se opone al movimiento
del fluido. La resistencia al movimiento que ofrece el fluido viscoso
convierte la energía cinética de las vibraciones en calor, que se disipa
en el ambiente circundante. De esta manera, el fluido viscoso ayuda a
controlar y reducir la amplitud de las vibraciones.
Tipos de disipadores de fluido viscoso
Amortiguador de masa sintonizada (TMD):
Un ejemplo de un amortiguador de masa sintonizada es el utilizado en el Taipei 101, uno de los edificios más altos del mundo. La estructura del edificio es susceptible a la vibración debido a las condiciones de viento y terremotos, lo que puede causar incomodidad a los ocupantes y daño a la estructura. Para reducir la vibración, se instaló un sistema de TMD en la parte superior del edificio. El TMD consiste en una masa colgante de acero que se mueve en la dirección opuesta a la vibración del edificio. La masa está suspendida en un fluido viscoso, que disipa la energía cinética de la vibración. La frecuencia natural de oscilación del TMD se ajusta para que coincida con la frecuencia natural del edificio, lo que aumenta su eficacia en la disipación de la energía.
Amortiguador de fricción viscosa (VFD):
Un ejemplo de un amortiguador de fricción viscosa es el utilizado en la Torre Eiffel, uno de los monumentos más icónicos del mundo. La Torre Eiffel es susceptible a la vibración debido a las condiciones de viento, lo que puede causar incomodidad a los visitantes y daño a la estructura. Para reducir la vibración, se instaló un sistema de VFD en la parte superior de la torre. El VFD consiste en una placa que se mueve en la dirección opuesta a la vibración de la torre y está sumergida en un fluido viscoso. La resistencia del fluido viscoso al movimiento de la placa disipa la energía cinética de la vibración. El diseño del VFD se ajusta para que coincida con la frecuencia natural de la torre, lo que aumenta su eficacia en la disipación de la energía.
Ventajas y desventajas de los disipadores de fluido viscoso en
comparación con otros métodos de disipación de energía, como los
disipadores de fluido magnético o los disipadores de viscoelasticidad.
Ventajas de los disipadores de fluido viscoso:
Diseño sencillo: los disipadores de fluido viscoso tienen un diseño sencillo y se pueden fabricar con materiales relativamente económicos.
Amplio rango de frecuencias: los disipadores de fluido viscoso son efectivos en un amplio rango de frecuencias y se pueden ajustar para que coincidan con la frecuencia natural de la estructura que se desea proteger.
No requieren energía externa: los disipadores de fluido viscoso no requieren energía externa para funcionar, lo que los hace más eficientes y económicos en comparación con otros sistemas que sí necesitan energía.
Desventajas de los disipadores de fluido viscoso:
Dependen de la temperatura: la eficacia de los disipadores de fluido viscoso depende de la temperatura del fluido. Si la temperatura cambia significativamente, la viscosidad del fluido también cambia, lo que puede afectar la eficacia del dispositivo.
Necesitan mantenimiento: los disipadores de fluido viscoso necesitan mantenimiento periódico para asegurarse de que sigan funcionando correctamente.
Requieren espacio adicional: los disipadores de fluido viscoso ocupan espacio adicional en la estructura, lo que puede ser un inconveniente en algunas aplicaciones.
La evolución de los disipadores de fluido viscoso en términos de diseño y
materiales utilizados, y cómo esto ha mejorado su eficacia y
eficiencia.
Diseño mejorado: El diseño de los disipadores de fluido viscoso ha evolucionado para mejorar su eficacia. Se han desarrollado diseños que permiten el uso de fluidos más viscosos y aumentan la superficie de contacto entre el fluido y la estructura, lo que aumenta la disipación de energía. También se han mejorado las geometrías para lograr una mejor distribución de la carga en el material.
Mejoras en la selección de materiales: La selección de materiales adecuados para la fabricación de los disipadores de fluido viscoso es esencial para mejorar su eficacia. Los materiales que se utilizan deben ser capaces de soportar las altas temperaturas y las cargas cíclicas que se producen en los disipadores de fluido viscoso. Los materiales compuestos, como el fibra de carbono, se han utilizado con éxito para fabricar disipadores de fluido viscoso de alta eficiencia.
Uso de nuevos fluidos: Los disipadores de fluido viscoso utilizan fluidos que tienen propiedades viscoelásticas y viscosas para disipar la energía. Se han utilizado nuevos tipos de fluidos, como los polímeros viscoelásticos, que tienen una alta capacidad de amortiguación y son altamente eficientes en la disipación de energía.
Optimización del tamaño y la ubicación: La eficacia de los disipadores de fluido viscoso depende en gran medida del tamaño y la ubicación de los mismos. La optimización de estos factores ha mejorado la eficiencia de los disipadores de fluido viscoso en muchas aplicaciones.
Uso de técnicas de modelado y simulación: Las técnicas de modelado y simulación se han utilizado para diseñar y optimizar los disipadores de fluido viscoso, lo que ha permitido una mejora significativa en su eficacia y eficiencia.
Consejos prácticos para la selección e instalación de disipadores de fluido viscoso en diferentes aplicaciones y entornos.
La selección e instalación de disipadores de fluido viscoso puede ser una tarea complicada, ya que la eficacia y la eficiencia de estos dispositivos dependen de muchos factores. A continuación, se presentan algunos consejos prácticos para la selección e instalación de disipadores de fluido viscoso en diferentes aplicaciones y entornos:
Selección de disipadores de fluido viscoso adecuados: Es importante seleccionar el disipador de fluido viscoso adecuado para la aplicación en cuestión. Los factores a tener en cuenta incluyen la masa del sistema a amortiguar, la frecuencia de las vibraciones, la amplitud de las vibraciones, la temperatura y la presencia de sustancias corrosivas o inflamables.
Considerar el tipo de fluido: Los disipadores de fluido viscoso utilizan diferentes tipos de fluidos para amortiguar las vibraciones. Es importante seleccionar el fluido adecuado para la aplicación en cuestión, teniendo en cuenta la viscosidad, la temperatura de funcionamiento y las propiedades químicas.
Ubicación y orientación de los disipadores: La ubicación y orientación de los disipadores de fluido viscoso también es importante para lograr una eficacia óptima. Es recomendable colocar los disipadores cerca del punto de excitación de las vibraciones, en una posición donde puedan absorber la energía vibracional y disiparla eficientemente.
Tamaño de los disipadores: El tamaño de los disipadores de fluido viscoso también es un factor crítico a considerar. Los disipadores más grandes pueden tener una mayor capacidad de amortiguación, pero pueden no ser prácticos para todas las aplicaciones debido a limitaciones de espacio.
Mantenimiento regular: Es importante realizar un mantenimiento regular de los disipadores de fluido viscoso para asegurar su buen funcionamiento. Esto puede incluir la sustitución de los fluidos, la limpieza de los disipadores y la inspección regular para detectar signos de desgaste.
Monitoreo del rendimiento: El rendimiento de los disipadores de fluido viscoso debe ser monitoreado regularmente para detectar cualquier problema o deterioro. Esto puede incluir la medición de las vibraciones y la temperatura, así como la observación visual de los disipadores.
¿Como trabajan los disipadores de fluido viscoso?
Los disipadores de fluido viscoso funcionan mediante la disipación de energía vibracional en forma de calor. Consisten en un pistón que se mueve dentro de un cilindro lleno de fluido viscoso, que puede ser aceite o un polímero viscoso. Cuando el sistema vibra
, el pistón se mueve dentro del fluido viscoso, lo que crea fuerzas de corte que disipan la energía vibracional en forma de calor.
El fluido viscoso dentro del cilindro ofrece una resistencia al movimiento del pistón. Esta resistencia es proporcional a la velocidad del pistón y es lo que permite la disipación de energía vibracional. A medida que el pistón se mueve, el fluido viscoso genera una fuerza de corte que es proporcional a la velocidad del pistón. Esta fuerza de corte genera una fuerza de amortiguación que se opone al movimiento del pistón.
A medida que la vibración del sistema aumenta, la velocidad del pistón también aumenta, lo que a su vez aumenta la fuerza de corte y la fuerza de amortiguación. La disipación de energía vibracional en forma de calor se produce porque la energía de las vibraciones se convierte en energía térmica en el fluido viscoso.
Los disipadores de fluido viscoso son eficaces en una amplia gama de frecuencias, lo que los hace ideales para reducir las vibraciones en sistemas que experimentan vibraciones de alta frecuencia. También son muy eficientes en la conversión de la energía vibracional en calor, lo que significa que pueden absorber grandes cantidades de energía sin generar grandes cantidades de calor.
¿cómo funcionan los disipadores de fluido viscoso y por qué son importantes en aplicaciones donde se necesita controlar la vibración?
Los disipadores de fluido viscoso funcionan absorbiendo y disipando la energía de vibración que se produce en estructuras y equipos. Estos dispositivos están diseñados para reducir la amplitud de las oscilaciones de la estructura y minimizar los efectos negativos de la vibración, como la fatiga de los materiales, el ruido y las molestias para las personas.
Los disipadores de fluido viscoso funcionan mediante la deformación del fluido viscoso que se encuentra en su interior. Cuando una estructura se somete a vibraciones, la masa del disipador de fluido viscoso también se mueve, generando una fuerza de fricción que se opone al movimiento del fluido. La resistencia al movimiento que ofrece el fluido viscoso convierte la energía cinética de las vibraciones en calor, que se disipa en el ambiente circundante. De esta manera, el fluido viscoso ayuda a controlar y reducir la amplitud de las vibraciones.
Tipos de disipadores de fluido viscoso
Amortiguador de masa sintonizada (TMD): Un ejemplo de un amortiguador de masa sintonizada es el utilizado en el Taipei 101, uno de los edificios más altos del mundo. La estructura del edificio es susceptible a la vibración debido a las condiciones de viento y terremotos, lo que puede causar incomodidad a los ocupantes y daño a la estructura. Para reducir la vibración, se instaló un sistema de TMD en la parte superior del edificio. El TMD consiste en una masa colgante de acero que se mueve en la dirección opuesta a la vibración del edificio. La masa está suspendida en un fluido viscoso, que disipa la energía cinética de la vibración. La frecuencia natural de oscilación del TMD se ajusta para que coincida con la frecuencia natural del edificio, lo que aumenta su eficacia en la disipación de la energía.
Amortiguador de fricción viscosa (VFD): Un ejemplo de un amortiguador de fricción viscosa es el utilizado en la Torre Eiffel, uno de los monumentos más icónicos del mundo. La Torre Eiffel es susceptible a la vibración debido a las condiciones de viento, lo que puede causar incomodidad a los visitantes y daño a la estructura. Para reducir la vibración, se instaló un sistema de VFD en la parte superior de la torre. El VFD consiste en una placa que se mueve en la dirección opuesta a la vibración de la torre y está sumergida en un fluido viscoso. La resistencia del fluido viscoso al movimiento de la placa disipa la energía cinética de la vibración. El diseño del VFD se ajusta para que coincida con la frecuencia natural de la torre, lo que aumenta su eficacia en la disipación de la energía.
Ventajas y desventajas de los disipadores de fluido viscoso en comparación con otros métodos de disipación de energía, como los disipadores de fluido magnético o los disipadores de viscoelasticidad.
Ventajas de los disipadores de fluido viscoso:
Diseño sencillo: los disipadores de fluido viscoso tienen un diseño sencillo y se pueden fabricar con materiales relativamente económicos.
Amplio rango de frecuencias: los disipadores de fluido viscoso son efectivos en un amplio rango de frecuencias y se pueden ajustar para que coincidan con la frecuencia natural de la estructura que se desea proteger.
No requieren energía externa: los disipadores de fluido viscoso no requieren energía externa para funcionar, lo que los hace más eficientes y económicos en comparación con otros sistemas que sí necesitan energía.
Desventajas de los disipadores de fluido viscoso:
Dependen de la temperatura: la eficacia de los disipadores de fluido viscoso depende de la temperatura del fluido. Si la temperatura cambia significativamente, la viscosidad del fluido también cambia, lo que puede afectar la eficacia del dispositivo.
Necesitan mantenimiento: los disipadores de fluido viscoso necesitan mantenimiento periódico para asegurarse de que sigan funcionando correctamente.
Requieren espacio adicional: los disipadores de fluido viscoso ocupan espacio adicional en la estructura, lo que puede ser un inconveniente en algunas aplicaciones.
La evolución de los disipadores de fluido viscoso en términos de diseño y materiales utilizados, y cómo esto ha mejorado su eficacia y eficiencia.
Diseño mejorado: El diseño de los disipadores de fluido viscoso ha evolucionado para mejorar su eficacia. Se han desarrollado diseños que permiten el uso de fluidos más viscosos y aumentan la superficie de contacto entre el fluido y la estructura, lo que aumenta la disipación de energía. También se han mejorado las geometrías para lograr una mejor distribución de la carga en el material.
Mejoras en la selección de materiales: La selección de materiales adecuados para la fabricación de los disipadores de fluido viscoso es esencial para mejorar su eficacia. Los materiales que se utilizan deben ser capaces de soportar las altas temperaturas y las cargas cíclicas que se producen en los disipadores de fluido viscoso. Los materiales compuestos, como el fibra de carbono, se han utilizado con éxito para fabricar disipadores de fluido viscoso de alta eficiencia.
Uso de nuevos fluidos: Los disipadores de fluido viscoso utilizan fluidos que tienen propiedades viscoelásticas y viscosas para disipar la energía. Se han utilizado nuevos tipos de fluidos, como los polímeros viscoelásticos, que tienen una alta capacidad de amortiguación y son altamente eficientes en la disipación de energía.
Optimización del tamaño y la ubicación: La eficacia de los disipadores de fluido viscoso depende en gran medida del tamaño y la ubicación de los mismos. La optimización de estos factores ha mejorado la eficiencia de los disipadores de fluido viscoso en muchas aplicaciones.
Uso de técnicas de modelado y simulación: Las técnicas de modelado y simulación se han utilizado para diseñar y optimizar los disipadores de fluido viscoso, lo que ha permitido una mejora significativa en su eficacia y eficiencia.
Consejos prácticos para la selección e instalación de disipadores de fluido viscoso en diferentes aplicaciones y entornos.
La selección e instalación de disipadores de fluido viscoso puede ser una tarea complicada, ya que la eficacia y la eficiencia de estos dispositivos dependen de muchos factores. A continuación, se presentan algunos consejos prácticos para la selección e instalación de disipadores de fluido viscoso en diferentes aplicaciones y entornos:
Selección de disipadores de fluido viscoso adecuados: Es importante seleccionar el disipador de fluido viscoso adecuado para la aplicación en cuestión. Los factores a tener en cuenta incluyen la masa del sistema a amortiguar, la frecuencia de las vibraciones, la amplitud de las vibraciones, la temperatura y la presencia de sustancias corrosivas o inflamables.
Considerar el tipo de fluido: Los disipadores de fluido viscoso utilizan diferentes tipos de fluidos para amortiguar las vibraciones. Es importante seleccionar el fluido adecuado para la aplicación en cuestión, teniendo en cuenta la viscosidad, la temperatura de funcionamiento y las propiedades químicas.
Ubicación y orientación de los disipadores: La ubicación y orientación de los disipadores de fluido viscoso también es importante para lograr una eficacia óptima. Es recomendable colocar los disipadores cerca del punto de excitación de las vibraciones, en una posición donde puedan absorber la energía vibracional y disiparla eficientemente.
Tamaño de los disipadores: El tamaño de los disipadores de fluido viscoso también es un factor crítico a considerar. Los disipadores más grandes pueden tener una mayor capacidad de amortiguación, pero pueden no ser prácticos para todas las aplicaciones debido a limitaciones de espacio.
Mantenimiento regular: Es importante realizar un mantenimiento regular de los disipadores de fluido viscoso para asegurar su buen funcionamiento. Esto puede incluir la sustitución de los fluidos, la limpieza de los disipadores y la inspección regular para detectar signos de desgaste.
Monitoreo del rendimiento: El rendimiento de los disipadores de fluido viscoso debe ser monitoreado regularmente para detectar cualquier problema o deterioro. Esto puede incluir la medición de las vibraciones y la temperatura, así como la observación visual de los disipadores.
¿Como trabajan los disipadores de fluido viscoso?
Los disipadores de fluido viscoso funcionan mediante la disipación de energía vibracional en forma de calor. Consisten en un pistón que se mueve dentro de un cilindro lleno de fluido viscoso, que puede ser aceite o un polímero viscoso. Cuando el sistema vibra
, el pistón se mueve dentro del fluido viscoso, lo que crea fuerzas de corte que disipan la energía vibracional en forma de calor.
El fluido viscoso dentro del cilindro ofrece una resistencia al movimiento del pistón. Esta resistencia es proporcional a la velocidad del pistón y es lo que permite la disipación de energía vibracional. A medida que el pistón se mueve, el fluido viscoso genera una fuerza de corte que es proporcional a la velocidad del pistón. Esta fuerza de corte genera una fuerza de amortiguación que se opone al movimiento del pistón.
A medida que la vibración del sistema aumenta, la velocidad del pistón también aumenta, lo que a su vez aumenta la fuerza de corte y la fuerza de amortiguación. La disipación de energía vibracional en forma de calor se produce porque la energía de las vibraciones se convierte en energía térmica en el fluido viscoso.
Los disipadores de fluido viscoso son eficaces en una amplia gama de frecuencias, lo que los hace ideales para reducir las vibraciones en sistemas que experimentan vibraciones de alta frecuencia. También son muy eficientes en la conversión de la energía vibracional en calor, lo que significa que pueden absorber grandes cantidades de energía sin generar grandes cantidades de calor.
En que estructuras se puede aplicar los disipadores de fluido viscoso.
Edificaciones altas o esbeltasMultifamiliaresColegios y Universidades Clínicas y Hospitales Centros Comerciales Oficinas y Hoteles Puentes
Diagrama de histeresis de los disipadores de fluido viscoso.
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