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] señales largas en voladizo [2] y puentes atirantados . El dispositivo con forma de mancuerna consta de dos masas en los extremos de un trozo corto de cable o varilla flexible, que está sujeta por 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]
El viento puede generar tres modos principales de oscilación en cables suspendidos: [4]
El amortiguador Stockbridge apunta a las oscilaciones debidas a la vibración eólica; es menos efectivo fuera de este rango de amplitud y frecuencia. La vibración eólica se produce en el plano vertical y es causada por la formación alterna 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 provoca fatiga dañina en el cable [5] y representa la principal causa de fallo de los hilos conductores. [4] Los extremos de un tramo de línea eléctrica, donde se sujeta a las torres de transmisión , corren mayor riesgo. [5] El efecto se vuelve más pronunciado con una mayor tensión del cable, [5] a medida que se reduce su autoamortiguación natural .
El amortiguador Stockbridge fue inventado en la década de 1920 por George H. Stockbridge, 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 punzones metálicos atado a la línea; un tramo corto de cable sujeto paralelo al cable principal; y un cable corto (75 cm, 30 pulgadas) con una masa de concreto fijada en cada extremo. [6] Este último dispositivo se convirtió en el amortiguador Stockbridge, ampliamente utilizado.
Las vibraciones en el cable principal se transmitían a través de la abrazadera y hacia el cable amortiguador más corto o "mensajero". Esto se flexionaría y haría oscilar los bloques de hormigón colocados simétricamente en sus extremos. Una elección cuidadosa de la masa de los bloques y de la rigidez y longitud del cable amortiguador haría coincidir la impedancia mecánica del amortiguador con la de la línea y atenuaría en gran medida la oscilación del cable principal. Dado que las compuertas Stockbridge eran económicas, efectivas y fáciles de instalar, comenzaron a usarse de manera rutinaria en líneas aéreas. [5] El trabajo en líneas vivas utilizando herramientas de pértiga caliente significó que era posible adaptar amortiguadores a las líneas mientras estaban energizadas. [7]
Los diseños modernos utilizan pesas metálicas en forma de campana en lugar de los bloques de hormigón de Stockbridge. La campana es hueca y el cable amortiguador está fijado internamente al extremo distal, lo que permite el 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 – discutir ] se llama así debido a su configuración, una esfera metálica más grande unida al extremo del amortiguador, con una esfera más pequeña que sobresale lateralmente, asemejándose a un hueso de perro. . El amortiguador desplaza los pesos hacia los lados para introducir un tercer grado de libertad, torciendo el cable del amortiguador además de doblarlo hacia arriba y hacia abajo. Se creó una fricción adicional dentro del hilo en el cable 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 (puntos de desplazamiento máximo) más cercanos a cada lado de la abrazadera. [8] Por lo tanto, normalmente hay dos compuertas por tramo, aunque se pueden instalar más si es necesario en tramos más largos. [5] [7]
Las líneas de transmisión aéreas forman una catenaria en la que la vibración se produce 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 discurre en un plano vertical o no horizontal, por ejemplo en puentes atirantados o tirantes de mástiles de radio .
