Un amortiguador Stockbridge es un amortiguador de masas sintonizado que se utiliza para suprimir las vibraciones inducidas por el viento en estructuras delgadas como líneas eléctricas aéreas , [1] señales voladizas largas [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 por su parte media 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 tiene como objetivo las oscilaciones debidas a la vibración eólica; es menos eficaz fuera de este rango de amplitud y frecuencia. La vibración eólica se produce en el plano vertical y es causada por el desprendimiento alternativo 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 al cable [5] y representa la principal causa de falla de los hilos conductores. [4] Los extremos de un tramo de línea eléctrica, donde está sujetado 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 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 de metal atado a la línea; un trozo corto de cable sujeto con abrazaderas en paralelo al cable principal; y un cable corto (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 del cable principal se transmitían a través de la abrazadera hasta el cable amortiguador, más corto, o "mensajero", que se flexionaba y hacía que los bloques de hormigón colocados simétricamente en sus extremos oscilaran. La elección cuidadosa de la masa de los bloques y la rigidez y longitud del cable amortiguador harían coincidir la impedancia mecánica del amortiguador con la de la línea y atenuarían en gran medida la oscilación del cable principal. Como los amortiguadores Stockbridge eran económicos, eficaces y fáciles de instalar, se empezaron a utilizar de forma rutinaria en líneas aéreas. [5] El trabajo en línea con tensión utilizando herramientas de pértiga caliente hizo posible adaptar los 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 un movimiento relativo entre el cable y las pesas amortiguadoras. [7] Para proporcionar una mayor libertad de movimiento, las pesas pueden estar parcialmente ranuradas en el plano vertical, lo que permite que el cable se desplace fuera de los confines de la campana. Algunos diseños más complejos utilizan pesas 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 de metal más grande unida al extremo del amortiguador, con una esfera más pequeña que sobresale lateralmente de ella, similar a un hueso de perro. El amortiguador desplaza los pesos lateralmente para introducir un tercer grado de libertad, retorciendo el cable del amortiguador además de doblarlo hacia arriba y hacia abajo. Se creó una fricción intra-hebra adicional en el cable del amortiguador, disipando significativamente más energía. [2] [10] [ verificación necesaria ]
La sección más vulnerable del cable es donde está sujetado al extremo de una cadena de aisladores , por lo que los amortiguadores se instalan normalmente en los antinodos más cercanos (puntos de desplazamiento máximo) a cada lado 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 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 habitual cuando el cable discurre en un plano vertical o no horizontal, por ejemplo, en puentes atirantados o cables tensores de mástiles de radio .
