Un amortiguador de masa sintonizado, a menudo llamado TMD o amortiguador de armónicos, es un sistema secundario de masa-resorte-amortiguador unido a una estructura en un punto de alta amplitud de vibración. Su trabajo es contrarrestar el movimiento resonante. Cuando el viento, el tráfico de peatones o la maquinaria excitan una de las frecuencias naturales de la estructura, el TMD oscila en oposición, extrayendo energía mecánica de la estructura primaria y disipándola en forma de calor. El resultado es una reducción notable en el balanceo, la aceleración y el desplazamiento, lo que mejora la comodidad de los ocupantes, protege los elementos no estructurales y prolonga la vida útil.
Yangzhou Tianshun suministra amortiguadores de masa sintonizados para edificios, puentes, chimeneas industriales y elementos arquitectónicos esbeltos. El trabajo de diseño y fabricación está respaldado por más de dos décadas de experiencia en tecnología de amortiguación, realizado bajo un sistema de gestión de calidad que cumple con los requisitos de la norma ISO 9001.
Un TMD funciona porque tres parámetros (masa, rigidez y amortiguación) se ajustan para que coincidan con las características dinámicas de la estructura anfitriona.
La masa se dimensiona como una fracción de la masa modal del modo de vibración objetivo. Las relaciones de masa típicas oscilan entre el 0,5% y el 5% de la masa modal, según el espacio disponible, el rendimiento requerido y las limitaciones estructurales. Una masa más grande generalmente ofrece una mayor reducción de la vibración, pero también impone una carga de gravedad adicional en el piso o el marco.
La rigidez, generalmente proporcionada por resortes helicoidales o ballestas, se selecciona de modo que la frecuencia natural del TMD casi coincida con la frecuencia estructural problemática. A veces se introduce una pequeña compensación deliberada para ampliar el ancho de banda efectivo. Cuando la estructura comienza a resonar, la masa del TMD oscila casi a la misma frecuencia pero desfasada, generando una fuerza de inercia que empuja contra el movimiento de la estructura.
El elemento amortiguador (a menudo un amortiguador viscoso o un amortiguador de corrientes parásitas) controla la amplitud de la propia oscilación del TMD y determina cuánta energía se puede eliminar por ciclo. Muy poca amortiguación da una respuesta aguda pero estrecha; demasiado bloquea la masa y cancela el beneficio. La relación de amortiguación óptima se calcula en función de la relación de masa y el rendimiento deseado en todo el rango de frecuencia de interés.
Una vez que estos tres parámetros se configuran correctamente, el TMD funciona sin alimentación externa, válvulas ni señales de control. Responde automáticamente cada vez que la estructura entra en resonancia y permanece inactiva en condiciones no críticas.
Cada TMD que entregamos es un ensamblaje específico para el proyecto. Comenzamos con el análisis modal de la estructura (las frecuencias naturales, las formas modales y las masas modales) que generalmente proporciona el ingeniero estructural responsable. A partir de estos datos seleccionamos la masa, calculamos la rigidez del resorte requerida y definimos las características de amortiguación que brindarán la reducción especificada en aceleración o desplazamiento.
El cuerpo de masa normalmente se fabrica a partir de placas de acero atornilladas o soldadas formando un bloque compacto. Los resortes se solicitan a fabricantes especializados según la velocidad exacta y la vida útil requerida. La amortiguación se puede lograr mediante elementos fluidos viscosos, almohadillas viscoelásticas o sistemas magnéticos de corrientes parásitas, según la carrera, la vida útil y las preferencias de mantenimiento. Todos los componentes se ensamblan y alinean en un marco de soporte rígido que luego se fija a la estructura.
Se mantiene la trazabilidad del material para las piezas portantes y los certificados de resorte se incluyen en el paquete de documentación. Antes del envío, verificamos la frecuencia natural y la relación de amortiguación del TMD ensamblado en un banco de pruebas. Junto con el producto se entrega un informe que confirma que el dispositivo cumple con los objetivos de diseño.
| Parámetro | Gama típica y opciones. |
|---|---|
| Masa efectiva | 50 kg a 20.000 kg (se pueden diseñar masas mayores) |
| Frecuencia de sintonización | 0,3 Hz a 10 Hz |
| Relación de masa (masa TMD / masa modal) | 0,5% a 5% (proporciones más altas bajo pedido) |
| Relación de amortiguación | 5% a 20% de los críticos |
| Tipo de amortiguación | Fluido viscoso, viscoelástico o corrientes parásitas |
| Ataque | ±50 mm a ±500 mm (depende de la frecuencia y la entrada) |
| tipo de resorte | Juegos de resortes helicoidales, de ballesta o de tensión/compresión |
| Material del marco | Acero estructural con protección contra la corrosión. |
Para aplicaciones de muy baja frecuencia, como chimeneas altas o torres de observación, se pueden suministrar TMD de tipo péndulo donde la fuerza de restauración de la gravedad proporciona la rigidez necesaria.
Los puentes peatonales y de carretera de gran luz son susceptibles al balanceo lateral inducido por los peatones y a las vibraciones inducidas por el viento. Un TMD instalado debajo de la plataforma o dentro del pilón reduce la aceleración a niveles que resultan cómodos y evita la fatiga en cables y uniones.
Las chimeneas, las torres de televisión y las torres de observación experimentan desprendimiento de vórtices y vibraciones del viento cruzado inducidas por ráfagas. Un TMD en la parte superior o cerca del antinodo del modo crítico reduce la amplitud y protege la capa estructural.
Las escaleras, los balcones de los auditorios y las pasarelas que se activan al caminar, correr o el movimiento rítmico de la multitud se pueden desafinar con un TMD. La masa, los resortes y el amortiguador suelen estar ocultos debajo de la pasarela o dentro de un falso techo.
Los ventiladores, compresores, centrífugas y otras maquinarias giratorias crean vibraciones en estado estable a frecuencias conocidas. Ajustar un amortiguador a la velocidad de funcionamiento del equipo o a la frecuencia de resonancia del piso evita que la vibración se propague a áreas adyacentes y reduce el mantenimiento de las conexiones de tuberías y gabinetes eléctricos.
Los pisos de oficinas, gimnasios y salas de conciertos con baja frecuencia natural pueden sentirse rebotantes cuando las multitudes se mueven al ritmo. Un TMD instalado en el hueco del techo o debajo del piso elevado atenúa el movimiento sin alterar el diseño arquitectónico.
El ingeniero estructural proporciona los resultados del análisis modal: frecuencias naturales, formas modales y masas modales. Luego calculamos la masa, la rigidez y la amortiguación utilizando fórmulas de ajuste establecidas. Si se necesita una campaña de medición de campo para verificar las frecuencias construidas, podemos respaldar ese proceso y ajustar el TMD antes de la puesta en servicio final.
Un solo TMD está sintonizado a una frecuencia específica. Si es necesario controlar varios modos, se pueden instalar varios TMD, cada uno de los cuales apunta a una frecuencia diferente. Alternativamente, una matriz distribuida de TMD más pequeños puede cubrir una banda de frecuencia más amplia.
Los componentes mecánicos como resortes y cojinetes deben inspeccionarse visualmente a intervalos regulares, y la frecuencia natural puede verificarse periódicamente con acelerómetros portátiles. Los elementos de amortiguación, especialmente si son amortiguadores de fluido sellados, normalmente no requieren mantenimiento durante su vida útil. Proporcionamos un calendario de inspección con cada entrega.
Sí, el TMD agrega una carga muerta concentrada igual a su masa. El ingeniero estructural debe tener en cuenta esto en el diseño del piso o del marco. Proporcionamos detalles precisos sobre el peso, la huella y la fijación al principio del proceso de diseño para que se pueda incluir refuerzo local si es necesario.
Los plazos de entrega dependen del tamaño de la masa y del tipo de compuerta. Como referencia, un TMD estándar en el rango de 500 kg a 5000 kg se puede construir y probar en diez a catorce semanas. Las unidades más grandes o aquellas que requieren pruebas de calificación exhaustivas pueden tardar más, lo cual confirmamos en la etapa de cotización.
Envíenos sus datos modales o una descripción del problema de vibración y un ingeniero de aplicaciones responderá dentro de un día hábil con una configuración preliminar de TMD y una estimación de rendimiento. Colaboramos con el equipo del proyecto para finalizar la geometría de la masa, la disposición del resorte y el tipo de amortiguación para que el amortiguador se ajuste al espacio disponible y cumpla con las especificaciones de rendimiento. Acabados personalizados, gabinetes resistentes a la intemperie e instrumentación de monitoreo remoto son parte de nuestro suministro estándar.
Nuestros hitos de producción se comunican abiertamente y proporcionamos un informe de prueba final que confirma los parámetros de ajuste según construcción. Después de la entrega, estaremos disponibles para ofrecerle asistencia en la puesta en marcha y asesoramiento sobre el mantenimiento a largo plazo.
Amortiguadores de masa sintonizados que se mueven en contra del movimiento, calmando la estructura sin necesidad de un solo vatio de energía externa.
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