Amortiguamiento
En esta sección se muestra una visión general sobre amortiguación, su importancia para la ciencia y la ingeniería de los materiales. Además se comenta sobre los diferentes métodos de caracterización.
Al abordar estos contenidos proporcionamos al ingeniero o al investigador las informaciones básicas relacionadas a la amortiguación, con el objetivo de facilitar la caracterización y uso del conocimiento de esta propiedad, que es esencial para todos los tipos de materiales.
Para una discusión más amplia, incluyendo las ecuaciones matemáticas involucradas, realice la descarga del Informe Técnico-Científico ITC04 Amortiguamiento: clasificación y métodos de determinación.
El amortiguamiento o (fricción interna) es una de las propiedades más sensibles de materiales y estructuras, tanto a nivel macro como microscópico, siendo particularmente sensibles a la presencia de grietas y microgrietas. Es el fenómeno por el cual se disipa energía mecánica en un sistema (principalmente para la generación de calor y/o energía). La amortiguación determina la amplitud de la vibración en la resonancia y el tiempo de persistencia de la vibración después que culmina la excitación (ver figura abajo).
Además de la aplicación clásica en el estudio de los metales y la industria de la ingeniería (debido a la importancia de la amortiguación a la integridad estructural en el caso de los terremotos), la caracterización de la amortiguación también se está utilizando en el estudio del hormigón para la evaluación de daños y perjuicios. Por ejemplo, en caso de daños por choque térmico, stress mecánico inducido por el gradiente de temperatura hace que la nucleación y propagación de micro-grietas y fisuras que degradan las propiedades mecánicas del material determinando en gran medida su vida útil. La nucleación y evolución de estos micro-grietas y fisuras se puede controlar con la caracterización de la amortiguación, que aumenta debido a la fricción entre las paredes de estas grietas.
Esta caracterización se utiliza también en el estudio de defectos en los materiales, control de la calidad y fortaleza de las soldaduras y de las juntas, en el análisis de daños a las máquinas industriales y motores así como para la adecuación de salas acústica.
El amortiguamiento de un sistema o material sub-amortiguado puede ser clasificado de tres formas principales: interno, estructural y de fluidos. El interno se asocia con defectos en la microestructura, granularidad e impurezas del material y a efectos termoelásticos causados gradientes locales de temperatura. Ya el estructural se asocia con pérdidas de energía debidas a la fricción en las juntas, tornillos y juntas semi-rígido. Por último, el de fluido ocurre por la resistencia de fluidos es por medio de arrastre del fluido, por ejemplo, la conversión de la energía cinética de un péndulo de energía térmica para el aire.
Hay varios métodos para determinar la amortiguación, que se puede lograr básicamente de dos maneras: a través de la duración de la respuesta a una excitación transitoria (por ejemplo, el método de decremento logarítmico empleados por las soluciones Sonelastic® rigiéndose por la norma ASTM E-1876), y en función de la respuesta del sistema en función de la frecuencia (ejemplo: método de la anchura de media banda de potencia). El método del decremento logarítmico calcula el amortiguamiento a partir de la atenuación de la respuesta acústica de los materiales o la estructura después de una excitación porimpulso. El método de la mitad de ancho de banda calcula la potencia de amortiguación mediante el análisis de la frecuencia de la señal de vibración derivada de la relación entre el ancho de banda y frecuencia central de una resonancia. Ambos métodos consideran un modelo para los cálculos, por lo general el modelo de amortiguamiento viscoelástico. La elección del método depende principalmente de la variedad de amortiguamiento y la frecuencia de la vibración.
Referencias:
LAZAN, B.J. Damping of Materials and Members in Structural Mechanics. Oxford, USA: Pergamon Press, 1968.
DIETERLE, R., BANCHMANN, H. Experiments and Models for the Damping Behaviour. International Association for Bridge and Structural Engineering Report of the Working Comissions, v. 34, p. 69-82, 1981.
SILVA, C.W. Vibration Damping, control, and design. Vancouver, Canada: Taylor & Francis Group, 2007.
COPPOLA, J.A., BRADT, R.C. Thermal-Shock Damage in SiC. Journal of the American Ceramic Society, v. 56(4), p. 214-218, 1973.
TONNESEN, T., TELLE, R. Thermal Shock Damage in Castables: Microstructural Changes and Evaluation by a Damping Method. Ceramic Forum Internacional, v. 84(9), p. E132-136, 2007
HASSELMAN, D.P.H. Unified Theory of Thermal Shock Fracture Initiation and Crack Propagation in Brittle Ceramics. Journal of the American Ceramic Society, v. 82(11), p. 600-604, 1969.
