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Estudio de la transmisión de vibración en el cuerpo humano
El trabajo con máquinas manuales y la manipulación de piezas mecanizadas, expone las extremidades de los trabajadores a niveles de vibración que pueden provocar daños. Pero ¿cómo se transmite esta vibración? Descúbrelo en este artículo.
Medición de la transmisión de la vibración
La transmisión de vibración en el sistema brazo-mano es un tema de suma importancia para poder entender y simular la respuesta biodinámica del sistema, esto permitirá comprender las molestias, lesiones y trastornos a causa de las vibraciones.
El estudio de la transmisión de vibración en el sistema brazo-mano permitirá comprender las molestias, lesiones y trastornos a causa de las vibraciones.
Tanto los acelerómetros convencionales como los vibrómetros láser de un solo eje [1, 2, 3] han sido empleados para realizar mediciones de transmisión de vibración.
Llevar a cabo simulaciones del sistema de una manera más profunda requiere de funciones de transferencia de múltiples ejes, de esta manera; el objetivo de este estudio es investigar la transmisión de vibración en el sistema brazo-mano en tres direcciones ortogonales (Xh, Yh, Zh).
Procedimiento del estudio de transmisión de vibración en el sistema brazo-mano
Para el estudio participaron 7 hombres con un buen estado de salud. El experimento fue llevado a cabo con un novedoso sistema de pruebas de vibración en 3D (MB Dynamics, 3D Hand-Arm Test System). La dirección “Zh” se ubica a lo largo del antebrazo; la dirección “Yh” a lo largo de una línea centrada en el mango del instrumento en dirección vertical y, la dirección “Xh” en el plano horizontal normal al plano “Yh-Zh”.
A cada participante se le dio la instrucción de mantener sujetado el mango con su mano derecha con una fuerza de entre 30 ±5 N y 50 ±8 N; el ángulo del codo entre 90 ° y 120 ° y la abducción del hombro entre 0 ° y 30 °.
Se programó el controlador de vibración para generar vibraciones aleatorias en una banda ancha con un intervalo de frecuencia de 16 a 500 Hz a lo largo de cada dirección. En cada dirección la aceleración RMS total fue de 1.96 m/s2 y fue tomada en cuenta la coherencia de los tres espectros axiales a 0.9.
La aceleración de los tres ejes en el mango fue medida usando un acelerómetro de tres ejes instalado dentro del mango, el cual proporcionó las señales de referencia para derivar las funciones de transferencia de las vibraciones en las tres direcciones.
La vibración transmitida a la base de la superficie de las principales subestructuras del sistema (dedos, dorso de la mano, muñeca, antebrazo, brazo y hombro) fue medida usando el vibrómetro de escaneo láser PSV-400-3D de Polytec. Para evitar el efecto del bello capilar y obtener una buena reflexión, se usó un trozo de cinta retrorreflectante unida a un trozo de cinta adhesiva de primeros auxilios que se colocó firmemente a la piel del sistema brazo-mano en los lugares requeridos para realizar mediciones, como se muestra en la imagen inferior. Cada función de transferencia fue expresada en el dominio de la frecuencia de 16 a 500 Hz con intervalos iguales de 0.5 Hz.
Resultados de la medición
Las funciones de transmisión medidas variaron enormemente entre los varones, pero su distribución básica fue similar y quedo demostrada utilizando los datos medidos en uno de ellos. La imagen de la derecha muestra las magnitudes de la transmisión de los tres ejes, que generalmente es una función de frecuencia medida en seis lugares importantes.
Existe al menos un pico dominante o resonancia en cada función de transmisión. La resonancia dominante en la muñeca, el codo y el hombro en las direcciones “Xh” y “Yh” estuvieron en un intervalo de frecuencia similar (30 a 50 Hz). En la dirección “Zh” se encontraron frecuencias ligeramente inferiores (20 a 40 Hz). Las resonancias en los dedos fueron mucho mayores y variaron en un amplio intervalo de frecuencia (80 a 400 Hz).
Las resonancias observadas en la muñeca, codo y hombro fueron bastante consistentes con la primera resonancia observada en el punto de conducción de la respuesta biodinámica. Esto sugiere que todo el sistema brazo-mano vibra de manera regular en la fase de este intervalo de frecuencia de resonancia y que esta resonancia depende principalmente de las propiedades biodinámicas de la subestructura de la palma, muñeca y brazo.
La resonancia principal en un dedo también tuvo una correlación positiva con la observada en el punto de conducción de la respuesta correspondiente, sugiriendo que ésta principalmente depende de las propiedades biodinámicas de los dedos.
El estudio encontró que la dependencia de la frecuencia de la densidad de absorción de energía de vibración (VPAD) de los dedos es similar a la transmisión de vibraciones a frecuencias más altas que la primera resonancia en el sistema brazo-mano. Mientras que la VPAD de un dedo puede ser una buena medición de la exposición de los dedos a las vibraciones, las resonancias de los dedos observadas en este estudio sugieren que la ponderación de la frecuencia definida en el estándar actual (ISO 5349-1, 2001) es inadecuado para evaluar el riesgo de las lesiones y trastornos por vibraciones en los dedos.
Referencias: Daniel E. Welcome, Ren G. Dong, Xueyan, Bad Vibrations, Revista InFocus, Polytec, 01 (20-21), Optical Measurement
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