Vibraciones

3. CONCEPTOS GENERALES

3.1 Magnitud.

Los desplazamientos oscilatorios de un objeto implican alternativamente una velocidad en una dirección y después una velocidad en dirección opuesta. Este cambio de velocidad significa que el objeto experimenta una aceleración constante, primero en una dirección y después en dirección opuesta. La magnitud de una vibración puede cuantificarse en función de su desplazamiento, su velocidad o su aceleración. A efectos prácticos la aceleración suele medirse con acelerómetros. La unidad de aceleración es el metro por segundo al cuadrado (m /seg2). La aceleración debida a la gravedad terrestre es, aproximadamente de 9,8 m/seg2.

La magnitud de una oscilación puede expresarse como la distancia entre los extremos alcanzados por el movimiento o como la distancia desde algún punto central hasta la desviación máxima. Con frecuencia, la magnitud de la vibración se expresa como el valor promedio de la aceleración del movimiento oscilatorio, normalmente el valor cuadrático medio o valor eficaz (m/seg2 rms). Para un movimiento de una sola frecuencia (senoidal), el valor eficaz es el valor pico dividido por

Para un movimiento senoidal, la aceleración, a (m/seg2), puede calcularse a partir de la frecuencia f en ciclos por segundos (cps) y el desplazamiento d en metros:

Puede usarse esta expresión para convertir medidas de aceleración en desplazamientos, pero sólo tiene precisión cuando el movimiento se produce a una sola frecuencia.

A veces se utilizan escalas logarítmicas para cuantificar magnitudes de vibración en dB. El nivel de aceleración La viene dado por la expresión:

Donde:

a = es la aceleración medida en (m/seg2 ,rms)

a0 = es el nivel de referencia de 10 m/seg2

3.2 Frecuencia.

La frecuencia de vibración, que se expresa en cps (Hz), afecta a la extensión con que se transmiten las vibraciones al cuerpo, ( por ejemplo, a la superficie de un asiento o a la empuñadura de una herramienta vibrante), a la extensión con que se transmite a través del cuerpo (por ejemplo, desde el asiento a la cabeza) y el efecto de las vibraciones en el cuerpo. La relación entre el desplazamiento y la aceleración de un movimiento depende también de la frecuencia de oscilación, un desplazamiento de un milímetro corresponde a una aceleración muy pequeña a bajas frecuencias, pero a una aceleración muy grande a frecuencias altas, el desplazamiento de la vibración visible al ojo humano no proporciona una buena indicación de la aceleración de las vibraciones.

Los efectos de las vibraciones de cuerpo completo suelen ser máximos en el límite inferior del intervalo de frecuencia de 0,5 a 100 Hz. En el caso de las vibraciones transmitidas a las manos, las frecuencias del orden de 1.000 Hz o superiores pueden tener efectos perjudiciales. Las frecuencias inferiores a unos 0,5 Hz pueden causar un mareo inducido por el movimiento.

3.3 Dirección.

Las vibraciones pueden producirse en tres direcciones lineales y tres rotacionales. En el caso de las personas sentadas, los ejes lineales se designan como eje X (longitudinal), eje Y (lateral) y eje Z (vertical). Las rotaciones alrededor de los ejes X, Y y Z se designan como ax (balanceo), ay (cabeceo) y az (deriva), respectivamente. Las vibraciones suelen medirse en la interfase entre el cuerpo y las vibraciones.

3.4 Duración.

La respuesta humana a las vibraciones depende de la duración total de la exposición a las vibraciones. Si las características de la vibración no varía con el tiempo, el valor eficaz de la vibración proporciona una medida adecuada de su magnitud promedio. En tal caso un cronómetro puede ser suficiente para evaluar la duración de la exposición.

Si varían las características de la vibración la valoración promedio medida dependerá del periodo durante el que se mida. Además se cree que la aceleración eficaz infravalora la intensidad de los movimientos que contienen choques o son marcadamente intermitentes.

Muchas exposiciones profesionales son intermitentes, tiene una magnitud variable en cada momento o contienen choques esporádicos. La intensidad de tales movimientos complejos puede acumularse de manera que de un peso apropiado a, por ejemplo, periodos cortos de vibración de alta magnitud y periodos largos de baja magnitud.

4. TIPOS DE VIBRACIONES

4.1 Vibración de cuerpo completo.

La transmisión al cuerpo y sus efectos sobe el mismo son muy dependientes de la postura y no todos los individuos presentan la misma sensibilidad, en consecuencia, la exposición a vibraciones puede no tener las mismas consecuencias en todas situaciones.

Entre los efectos que se atribuyen a las vibraciones globales se encuentran, frecuentemente, los asociados a traumatismo en la columna vertebral, aunque normalmente las vibraciones no son el único agente causal.

4.1.1 Biodinámica

Como todas las estructuras mecánicas, el cuerpo humano tiene frecuencias de resonancia a las que presenta una respuesta mecánica máxima. La explicación de las respuestas humanas a las vibraciones no puede basarse exclusivamente en una sola frecuencia de resonancia. Hay muchas resonancias en el cuerpo, y las frecuencias de resonancia varían de unas pocas personas a otras y en función de la postura.

Para describir el modo en que la vibración produce movimiento en el cuerpo suelen utilizarse dos respuestas mecánicas transmisibilidad e impedancia.

4.1.2 Transmisibilidad.

La transmisibilidad indica que fracción de la vibración se transmite, por ejemplo, desde el asiento a la cabeza. La transmisibilidad del cuerpo depende en gran medida de la frecuencia de vibración, el eje de vibración y la postura del cuerpo. La vibración vertical de un asiento causa vibraciones en varios ejes en la cabeza, en el caso del movimiento vertical de la cabeza, la transmisibilidad suele alcanzar su máximo valor en el intervalo de 3 a 10 Hz.

4.1.3 Impedancia.

La impedancia mecánica del cuerpo indica la fuerza que se requiere para que el cuerpo se mueva a cada frecuencia. Aunque la impedancia depende de la masa corporal, la impedancia vertical del cuerpo humano suele presentar resonancia en torno a los 5 Hz. La impedancia mecánica del cuerpo, incluyendo esta resonancia, incide considerablemente en la forma en que se transmite la vibración a través de los asientos.

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