Tripode aluminio temblón

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fjcb
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Mensajepor fjcb » 08 Jun 2006, 12:00

¿Carbono?

Eso ya son palabras mayores...También hay tubos en fibra de carbono.

Si los frenos de mi coche son de fundición, de ellos depende mi vida y aún así no los cambio por unos de fibra de carbono...

(Creo que me he puesto melodramático).

A lo que quiero llegar es que vaya haciendo ligeras mejoras a lo que tiene y de ahí sacará conclusiones de si le sigue valiendo su montura o si la tiene que cambiar.

Saludos.

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Arbacia
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Mensajepor Arbacia » 08 Jun 2006, 14:43

Si, de momento tienes que eliminar las holguras all'i donde est'en. Por ejemplo, aprieta todos los tornillos. Haz m'as firme la bandeja (pon los casquillos en las articulaciones de las tirantas, taladra el centro de la bandeja).
El siguiente paso ser'ia rellenar los tubos de alumnio de espuma o papel de periodico retacado (te recomiendo este ultimo).

Puedes hacer un cangrejo para unir los extremos de las patas del tripode. Tambien puedes usar una cuerda, o mejor cable de acero para unir las tres puntas de las patas del tripode entres si. Tendras que tesarlo ligeramente.

Puedes usar unos triangulos (o trapecios) de madera o chapa de aluminio para unir las patas entre si. Usarias dos tornillos por pata y la chapa quedar'ia entre las dos patas.

Asegurate tambien que los dos tornillos de ajuste de azimut de la montura estan apretados (est'an justo por encima de la copa del tripode)

Respecto al carbono... uno de los motivos por los que ahora se usan parachoques de plastico (ABS) en vez de metal como en los vehiculos anteriores a los ochenta es precisamente ese, son m'as seguros. :wink:

El problema de estos tripodes de alumio para telescopios es que las paredes de sus tubos son muy finas, demasiado finas. Le dan rigidez a base de pliegues, pero vibran como una campana.
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fjcb
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Mensajepor fjcb » 08 Jun 2006, 17:59

No solo es el espesor de las paredes. El problema del aluminio es, frente al acero, su bajo módulo de elasticidad en comparación a este.
Es aes una de las razones de que se sigan empleando en la construcción vigas de acero.
Aparte de que sale más caro fabricar el aluminio, claro.
Saludos.

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HAL9000
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Mensajepor HAL9000 » 08 Jun 2006, 22:52

Hola chicos:

últimamente parezco un sabihondo, pero me gustaría aclarar algunos temas:

- El concepto de solidez (interpretable como rigidez) no es en absoluto relativo. Es de lo más cuantificable, pensemos en la rigidez de un muelle, concepto que es extrapolable a cualquier estructura.

- Aumentar la masa de una estructura no reduce en ningún modo las vibraciones. Muy al contrario flexibiliza el sistema.
En principio se podría pensar (y de hecho así ocurre) que variando la masa del sistema se modifica la frecuencia propia de oscilación hacia otra que nos resulte menos molesta. Sin embargo se trata de una solución nefasta, puesto que se está aumentando la masa inercial del sistema y por lo tanto los desplazamientos.
En definitiva aumentando la masa se obtienen oscilaciones cada más tiempo (de mayor periodo) pero también más grandes. No es una buena solución.

Algunas personas colocan bolsas de arena colgando del trípode creyendo que bajando el centro de gravedad se disminuyen las vibraciones.
Este es un concepto erróneo, la posición del centro de gravedad no tiene nada que ver con la flexibilidad del sistema.
Sin embargo si es verdad que al colocar la masa colgada se está introduciendo una masa desacoplada al oscilador, lo que puede amortiguar el sistema... aunque también le estás metiendo masa inercial... Se trata de un fenómeno complejo del que no se puede decir a priori que vaya a funcionar.

- El aluminio, como bien dice fjcb, tiene un módulo de Young del orden de tres veces menor que el acero, lo cual, dada una misma sección para ambos materiales, hace la estructura de aluminio más flexible.
Además de por esa razón, el aluminio se emplea muy poco en construcción porque su tensión de plastificación es del orden de 3 veces más pequeña que la del acero. Lo cual llegadas las solicitaciones de rotura es condicionante frente al módulo de Young.

- Sin embargo la rigidez de una estructura no está condicionada tan sólo por el material empleado, si no también por la forma de la misma.

Por ejemplo, la rigidez de una pata de acero de un trípode, con una sección circular hueca de 5cm de diámetro y un espesor de pared de 3mm (el típico de Synta), es más o menos equivalente a una pata de aluminio de 7 cm de diámetro y 5mm de espesor de pared.

La fibra de carbono tiene una rigidez muy, muy grande, pero presenta un problema fundamental, es esencialmente frágil. En estructuras sometidas a deformaciones importantes es imposible construir con fibra de carbono pues es un material incapaz de asumir esos desplazamientos impuestos.

No es así en el caso de las cosas que nos ocupan, pues para chismes de consumo como los trípodes u otros utensilios del día a día no es exigible el requisito de la ductilidad. Sin embargo en estructuras de obra civil o edificación resulta imprescindible.

La gran virtud de la madera es que es un material con una enorme capacidad de amortiguación (todos sabemos que las fibras vegetales atenuan muy bien el ruido por ejemplo). Por eso mucha gente la emplea en sus trípodes. Es capaz de disipar las vibraciones haciendo que duren pocos ciclos, aunque estas sigan siendo al principio de la misma magnitud.

El tema de aumentar la base del trípode aumenta la estabilidad del mismo (estabilidad al vuelco quiero decir), pero no reducirá en absoluto los problemas de las oscilaciones.

La solución para rigidizar tu trípode:
- Para mi está bien clara: ARRIOSTRAR.
Es decir interponer elementos indeformables que coarten los posibles desplazamientos de tu trípode.

Por ejemplo: A media altura de las patas del trípode coloca un triángulo de lo que quieras, madera, aluminio, acero incluso plástico que esté bien agarrado a las patas. Verás como se reducen las vibraciones.

Disculpad por el rollo, pero es que me dedico a las estrcuturas y la dinámica de estructuras me gusta especialmente.

Un saludo a todos.
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Zermelo
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Mensajepor Zermelo » 08 Jun 2006, 23:08

Excelente intervención, HAL9000, así da gusto leer el foro!!!!

Ya que estás enchufado con las cuentas, ¿se podría estimar las dimensiones de unas patas de madera que igualen las prestaciones de las de acero? (tal como lo hiciste con las de aluminio). Ya se que está faltando el dato de la densidad de la madera, pero es sólo para empezar a tener un "feeling" con el asunto de materiales (en matemática lo más cercano a los materiales que tenemos son el lápiz y el papel...)


saludos


Zermelo
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Mensajepor fjcb » 08 Jun 2006, 23:46

HAL9000, vamos atener un diálogo (que no discusión) interesante sobre el tema, pues yo me dedico a proyectar, calcular y construir estructuras.

Creo que se pueden matizar varios puntos:

Cuando hablaba de que el concepto de solidez es relativo, es por la forma que se emplea por el común de los mortales. Tú mismo añades de inmediato (interpretable como rigidez). Pero hay quien lo interpreta como resistente o que lo asocia a una imagen de algo macizo, sin duda relacionado a la raiz de la palabra sólido, entendido como tal estado de la materia.

Por otra parte, el aumentar la masa de la materia puede aumentar o reducir las vibraciones. Depende de donde se coloque la masa. Cada sistema estructural (concepto al que se puede asociar tanto un edificio como un árbol, por ejemplo) tiene su período de vibración. En los edificios se calcula mediante una fórmula compleja en la que intervienen los momentos de inercia de los elementos estructurales, su luz y su módulo de Young. Es decir: su rigidez. Para un cálculo preciso, naturalmente hay que hacer modelos informatizados o a escala.

Hay casos como el del edificio Citicorp de Nueva York al que, para reducir sus oscilaciones (un tipo de vibración) por efecto del viento, se le colocó una masa en el ático sobre un sistema de railes controlada por ordenador para contrarrestarlas.
Ya no digamos la importancia del diseño en el reparto de masas cuando se trata del cálculo sísmico. Contrariament a lo que la gente cree, los edificios más bajos y más "sólidos" (aquí si vale lo de rígido) son los que peor lo llevan, precisamente porque no pueden vibrar, o sea deformarse. Y lo que no puede deformarse termina rompiendo. De ahí que el aluminio, los aceros estirados en frío...pues no se empleen en estos casos.

Pero volviendo al tema de las vibraciones, hay un factor que también influye. Y es la frecuenca de resonancia. Obviamente, un trípode no va a amepezar a vibrar un poco e ir aumentando y aumentando porque entre en resonancia, pero no sería la primera torre de electricidad que se cae por este motivo y de hecho, en zonas ventosas, se diseña la sección de los cables de forma aerodinámica para intentar que no se produzca tal efecto. ya no hablemos del puente de Tacoma, que por tu trabajo conocerás al dedillo.

Otra cosa es cuando hablamos de rigidez. ¿Rigidez a qué? Un cable es muy rígido ante fuerzas de tracción. Es lo más eficaz, y por eso se colocan tirantillas entre las patas del trípode y no barras. En cambio a compresión la sección más favorable es la tubular, y además funciona razonablemente bien a flexión (en este caso mejor rectangular que circular).

Totalmente de acuerdo respecto a lo de la fibra de carbono. Se podria añadir, siendo muy puntilloso, el tema del fuego. Yo lo empleo sobre todo en refuerzos. De hecho en edificación las deformaciones nunca son importantes, por una mera cuestión de funcionalidad.

La madera es, no se sabe por qué un material casi proscrito. Que si la humedad, que si el fuego (cuando le da mil patadas al acero y unas cuantas al hormigón, por ejemplo). Cuando es un material barato, fácil de obtener y perfectamente trabajable.

Sobre lo de aumentar la base, pues si las oscilaciones son del trípode y son debidas al viento sobre el tubo, pues sí suponen una mejora, pero la solución de libro es que indicas al final. ARRIOSTRAR.

Lo malo que esos elementos no son indeformables, por lo que recomendaría la terminación roscada. Para tensarlas (o sería pretensarlas?).

Si lo tuyo era rollo, fíjate en este....

Saludos.

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Mensajepor HAL9000 » 09 Jun 2006, 00:04

Hola Zermelo:

Me alegro de que mi rollo macabeo haya encontrado por lo menos una oreja interesada en la que caer.

El asunto de la rigidez a flexión (que es la que produce la mayor parte de las vibraciones) de una pata de trípode de longitud dada se calcula como el producto de su módulo de Young (E) por la inercia de su sección (I). Si igualamos las rigideces de la pata de acero y la de madera:

E_acero * I_synta = E_madera * I_madera_equivalente

El módulo de Young del acero es:
E_acero = 210 GPa.

La sección típica de Synta del trípode de acero (diámetro=5cm, espesor pared=3mm) tiene una inercia de:
I_synta=1/4*PI(r_exterior^4-r_interior^4)=
=1/4*3.1416*(5^4-(5-0.3)^4)=107.62 cm^4

El módulo de Young de la madera es muy variable, puesto que depende de la especie de la que proceda la madera, de la humedad, de la posición de las vetas y los nudos y todos son parámetros con mucha dispersión estadística (las indica el fabricante para cada lote), pero pongamos como ejemplo madera de Haya (http://www.minartgroup.com/madera.htm):
E_haya = 12300 MPa

La inercia que debe tener la sección de la pata de madera será:

I_madera_equivalente=E_acero/E_madera*I_synta

I_madera_equiv=210000/12300*107.62=1837.41^cm4

Suponiendo que tienes una pata de sección rectangular de cantos a y b (b es el lado menor), su inercia es:

I_secc_rectang = 1/12*a*b^3

De esta fórmula puedes sacar la dimensiones que necesitas para tener una sección equivalente a la Synta.

Si tuvieras una pata cuadrada (a=b), tendría que tener de lado:

I_secc_rectang = I_madera_equiv = 1/12*a*b^3
1837.41 = 1/12*a^4
a=(12*1837.41)^0.25

a=(aprox)=12 cm

¡¡¡MENUDO TARUGO DE MADERA!!!

Pero, no te preocupes.
Como decía antes, no todo es tener un material rígido o una gran sección.
Arriostrar las patas solidarizándolas unas con otras (por ejemplo con el triángulo de madera intermedio) y eliminar las holguras entre piezas móviles reduce muchiiiiisimo las vibraciones.

Un saludo.
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Mensajepor fjcb » 09 Jun 2006, 00:31

HAL9000, me has "pisado" los cálculos... :D

Impecable el desarrollo.

El que no lo entienda ahora, espor que no quiere.... :wink:

Saludos.

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Mensajepor HAL9000 » 09 Jun 2006, 01:00

Hola fjcb:

(AVISO A LOS ADMINS: Esto cada vez es más OFF TOPIC, pero a que también os mola. No todo han de ser estrellas)

Que tal hombre, jeje, por lo visto este va a ser un diálogo fecundo.
Yo también me dedico a diseñar, proyectar y calcular estructuras, casi exclusivamente a los puentes aunque también algo de edificación singular.

Estoy de acuerdo contigo en que los fenómenos dinámicos son de cálculo complejo, pero los principios fundamentales son en esencia sencillos, y muchas veces se puede dar una interpretación cualitativa a muchos de esos fenómenos con una valoración relativa de las rigideces de los distintos elementos.

En lo que respecta a aumentar la masa, sigo sin estar de acuerdo contigo.

Aumentar la masa aumenta el periodo del modo propio de oscilación (reduce la frecuencia)y produce oscilaciones más lentas. Esto en sí no tiene importancia especial salvo que estés sometiendo tu estructura a una carga armónica (tipo sismo) y pueda haber fenómenos de resonancia.

Si aumentar la masa produce una variación drástica de la frecuencia que aleje la frecuencia propia (de un modo propio de vibración en concreto) del rango de frecuencias de resonancia, bueno, puede ser una opción. Pero es un mal criterio, porque la variación de frecuencia y por lo tanto de aceleración casi nunca es drástica.

La verdadera putada de aumentar la masa viene después, en el momento de calcular las amplificaciones dinámicas, en las que te encuentras con menos aceleración por haber reducido la frecuencia (algo favorable) pero con mucha más masa meneándose, y como básicamente F=m*a...

A ningún proyectista de puentes se le ocurre decir... ah pues como tengo sismo en mi puente pongo el doble de peso y listo... Se intenta flexibilizar la estructura desde luego, pero nunca a costa de aumentar el peso propio de la misma.

El asunto del edificio que mencionas es completamente diferente.
El dispositivo del que hablas es lo que se conoce como un TMD (Tuned Mass Dumper) algo así como amortiguador de masa ajustada.
El resultado de introducir un dispositivo de estas características es que ajustando (de manera activa, con un ordenador) la velocidad de desplazamiento de la masa introducida, se consigue tener una masa desacoplada que amortigua el sistema; algo similar a lo que comentaba antes de la bolsa de arena colgando del trípode del telescopio.
He participado en proyectos en los que se han empleado como la Pasarela Padre Arrupe en Bilbao (al lado del Guggenheim) o hace bien poco para amortiguar un puente arco metálico en construcción que entró en resonancia en Cáceres por un fenómeno similar al que mencionas de Tacoma (aunque el que preparamos era un TMD de emergencia más casero).
Un TMD no es una masa tontorrona e inercial colocada en el peor sitio de la estructura (como puede ser por ejemplo una piscina en lo alto de un rascacielos), es un dispositivo amortiguador inteligente y muy caro por cierto.

Por cierto aquí van un par de vídeos de puentes en solicitación dinámica:
El conocido puente Tacoma (Diseñado por otra parte por Clark Eldridge un ingeniero muy bueno que fue víctima de su afán de innovación)
http://w3.mecanica.upm.es/~goico/c0/movies/Tacoma_Narrows_Bridge2.mpeg

Y un video de la "Pasarela del Milenio" (Millenium Bridge) del omnipresente arquitecto Norman Foster en la que por los problemas de vibración que se aprecian, se teerminaron colocando a posteriori amortiguadores TMD. (mano de santo oiga)
http://w3.mecanica.upm.es/~goico/c0/movies/Millenium.wmv

El asunto de los edificios bajos o altos depende esencialmente del tipo de sismo al que estén solicitados.
Sismos rápidos de alta frecuencia (tipo San Francisco o Japón) causan menores daños en edificios altos y flexibles mientras que los de baja frecuencia (tipo Turquía o Irak) causan menores daños en edificios bajos y rígidos.
Es algo que depende del espectro sísmico del emplazamiento en el que se construye.

Cuando hablas de "lo que no se deforma termina rompiendo" creo que estás mezclando temas distintos.
Una cosa son las deformaciones en rango elástico y otra las deformaciones en rango plástico.

Una pieza muy rígida en rango elástico puede ser blandi-blú una vez que plastifica y deformarse como una campeona, pero lo que de verdad importa en fase plástica no es que se deforme mucho o poco, si no que en su movimiento de vaivén disipe energía por ciclos de histéresis (cosa que no hace en absoluto una estructura en fase elástica)

Lo que asegura las deformaciones (y por lo tanto la disipación de energía) en rango plástico es lo que se conoce como ductilidad.

¿Y que es la ductilidad? Pues como decía Jörg Schlaich (un ingeniero alemán de los mejores del s.XX, el padre del método de bielas y tirantes de la EHE) No sabes lo que es la ductilidad hasta que la pierdes.

Es un claro ejemplo de la situación actual en lo que a diseño de estructuras bajo la acción sísmica se refiere. Ni los eurocódigos, ni la NCSE02 (norma sísmica española) ni una futura norma sismoresistente de puentes todavía en borrador se aclaran exactamente de como debe considerarse la ductilidad.

Los rollos van en aumento.
A la próxima nos echan del foro.
Pero entre nosotros buen rollito (aunque sea el épico debate Ingeniero-Arquitecto, jou,jou,jou).

Un saludo.
Última edición por HAL9000 el 09 Jun 2006, 17:19, editado 1 vez en total.
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Mensajepor fjcb » 09 Jun 2006, 02:14

Je, je, que conste que yo iba para ingeniero, eh?. Pero en A Coruña no había de aquella.

Levanto la cabeza y veo los libros de Fernández Casado, Guerrin...

Saludos.

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