Un amortiguador Stockbridge es un amortiguador de masa sintonizado que se utiliza para suprimir las vibraciones inducidas por el viento en estructuras delgadas como líneas eléctricas aéreas , [1] carteles largos en voladizo [2] y puentes atirantados . El dispositivo con forma de mancuerna consta de dos masas en los extremos de un tramo corto de cable o varilla flexible, que se sujeta en su centro al cable principal. El amortiguador está diseñado para disipar la energía de las oscilaciones en el cable principal a un nivel aceptable. [3]
Oscilación inducida por el viento
El viento puede generar tres modos principales de oscilación en cables suspendidos: [4]
- Galope tiene una amplitud medida en metros y un rango de frecuencia de 0.08 a 3 Hz.
- La vibración eólica (a veces denominada aleteo ) tiene una amplitud de milímetros a centímetros y una frecuencia de 3 a 150 Hz.
- La vibración inducida por la estela tiene una amplitud de centímetros y una frecuencia de 0,15 a 10 Hz.
El amortiguador Stockbridge apunta a las oscilaciones debidas a la vibración eólica; es menos eficaz fuera de este rango de amplitud y frecuencia. La vibración eólica ocurre en el plano vertical y es causada por el desprendimiento alterno de vórtices en el lado de sotavento del cable. Un viento constante pero moderado puede inducir un patrón de onda estacionaria en la línea que consta de varias longitudes de onda por tramo. [4] La vibración eólica causa fatiga por tensión dañina en el cable [5] y representa la principal causa de falla de los hilos conductores. [4] Los extremos de un tramo de línea eléctrica, donde está sujeto a las torres de transmisión , son los que corren mayor riesgo. [5] El efecto se vuelve más pronunciado con el aumento de la tensión del cable, [5] ya que se reduce su amortiguación natural natural .
Descripción
El amortiguador Stockbridge fue inventado en la década de 1920 por George H. Stockbridge, que era un ingeniero de Southern California Edison . Stockbridge obtuvo la patente estadounidense 1675391 el 3 de julio de 1928 para un "amortiguador de vibraciones". [6] Su patente describía tres medios para amortiguar las vibraciones en las líneas: un saco de metal perforado atado a la línea; un tramo corto de cable sujeto en paralelo al cable principal; y un cable corto (30 pulgadas, 75 cm) con una masa de hormigón fijada en cada extremo. [6] Este último dispositivo se convirtió en el amortiguador Stockbridge ampliamente utilizado.
Las vibraciones en el cable principal se transmitieron a través de la abrazadera y al cable más corto del amortiguador o "mensajero". Esto se doblaría y haría que los bloques de hormigón colocados simétricamente en sus extremos oscilaran. La elección cuidadosa de la masa de los bloques y la rigidez y la longitud del cable del amortiguador igualarían la impedancia mecánica del amortiguador a la de la línea y atenuarían en gran medida la oscilación del cable principal. Dado que los amortiguadores Stockbridge eran económicos, eficaces y fáciles de instalar, se empezaron a utilizar de forma rutinaria en las líneas aéreas. [5] El trabajo en línea viva con herramientas de pértiga caliente significó que era posible adaptar los amortiguadores a las líneas mientras estaban energizados. [7]
Diseños modernos
Los diseños modernos utilizan pesas metálicas en forma de campana en lugar de bloques de hormigón de Stockbridge. La campana es hueca y el cable amortiguador se fija internamente al extremo distal, lo que permite un movimiento relativo entre el cable y los pesos amortiguadores. [7] Para proporcionar una mayor libertad de movimiento, los pesos pueden estar parcialmente ranurados en el plano vertical, permitiendo que el cable viaje fuera de los límites de la campana. Algunos diseños más complejos utilizan pesos con distribución de masa asimétrica, lo que permite que el amortiguador oscile en varios modos y rangos de frecuencia diferentes. [8] [9]
Otro diseño moderno es el Dogbone inventado por Philip Dulhunty en 1976 [ dudoso ] se llama así debido a su configuración, una esfera de metal más grande unida al extremo del amortiguador, con una esfera más pequeña que se proyecta hacia los lados, que se asemeja al hueso de un perro . El amortiguador desplaza los pesos hacia los lados para introducir un tercer grado de libertad, retorciendo el cable del amortiguador además de doblarlo hacia arriba y hacia abajo. Se creó una fricción adicional dentro de la hebra en el cable del amortiguador, disipando significativamente más energía. [2] [10] [ verificación necesaria ]
La sección más vulnerable del cable es donde se sujeta al extremo de una cadena de aisladores , por lo que los amortiguadores generalmente se instalan en los antinodos más cercanos (puntos de desplazamiento máximo) a ambos lados de la abrazadera. [8] Por lo tanto, normalmente hay dos amortiguadores por tramo, aunque se pueden instalar más si es necesario en tramos más largos. [5] [7]
Las líneas aéreas de transmisión forman una catenaria en la que la vibración es predominantemente en el plano vertical. Cuando se prevé más de un plano de vibración, los amortiguadores Stockbridge pueden montarse en ángulo recto entre sí. Esto es común cuando el cable se extiende en un plano vertical o fuera del horizontal, por ejemplo, en puentes atirantados o cables de sujeción de mástiles de radio .
Ver también
- Conductor galope
- Puente Tacoma Narrows : la destrucción alguna vez se pensó que era un caso de resonancia
Referencias
- ^ Markiewicz, M. (29 de noviembre de 1995), "Características dinámicas óptimas de los amortiguadores Stockbridge para tramos sin salida", Journal of Sound and Vibration , 188 (2): 243-256, Bibcode : 1995JSV ... 188..243M , doi : 10.1006 / jsvi.1995.0589
- ^ a b Directrices para la instalación, inspección, mantenimiento y reparación de soportes estructurales para señales de carretera, luminarias y señales de tráfico , FHWA NHI 05-36, Departamento de Transporte de EE. UU., Marzo de 2005 , consultado el 12 de octubre de 2008
- ^ Kiessling, Friedrich; Nefzger, Peter; Nolasco, Joao F .; Kaintzyk, Ulf (2003), Líneas eléctricas aéreas , Springer, págs. 311–312, ISBN 3-540-00297-9
- ^ a b c EPRI Transmission Line Reference Book: Wind-Induced Conductor Motion , EPRI 1012317, 2008
- ^ a b c d e McCombe, John; Haigh, FR (1966), Overhead Line Practice (3ª ed.), Macdonald, págs. 216–219
- ^ a b Patente de EE. UU. 1,675,391
- ^ a b c Wadhwa, CL (2006), Electrical Power Systems , New Age Publishers, págs. 169-170, ISBN 978-81-224-1773-9
- ^ a b Kiessling, Friedrich (2001), Ingeniería y pruebas de alto voltaje , IET, págs. 190-191, ISBN 0-85296-775-6
- ^ Lawson, Tom (2001), Aerodinámica de edificios , Imperial College Press, pág. 115, ISBN 1-86094-187-7
- ^ Dunhunty, Philip (2009). Nunca un momento aburrido . Philip Dulhunty. págs. 280–282.
enlaces externos
- Artículo de Vibrationdata
- Preguntas y respuestas de nuevos científicos sobre "Cable clingers"