CAPITOLO I – VIBRAZIONI

Sezione I.6 - La Risonanza

 

Quando un sistema viene eccitato alla sua frequenza naturale o ammortizzata, si ha il fenomeno della risonanza, del quale si parla molto, ma che pochi sanno esattamente cosa sia.

 

La risonanza può essere estremamente utile (come nell'altalena), ma anche estremamente distruttiva, nel caso di una struttura o di un macchinario.

 

La pericolosità risiede nel fatto che l'ampiezza può diventare molto grande, allo stesso tempo che la forza trasmessa agli ancoraggi e al sistema, diventa estremamente intensa. Il passaggio (in accelerazione) e l'operazione in risonanza porta spesso a cedimenti strutturali o dei componenti.

 

Si può fare un grafico di come si comporta un sistema, in presenza di eccitazioni di diversa frequenza:

 

 

Nell'asse orizzontale troviamo la frequenza alla quale si eccita il sistema. Vediamo che l'ampiezza aumenta assieme alla frequenza fino alla frequenza naturale. ma poi diminuisce!

 

Ritornando all'esempio dell'altalena:

·     Se cerchiamo di dondolarci troppo lentamente, ci troviamo alla sinistra del picco o risonanza, l'altalena oscilla poco e si fa più fatica.

·     Se proviamo ad eccitare troppo velocemente l'altalena, ci troviamo alla destra della risonanza e la situazione è come nel punto precedente.

·     Senza accorgercene e in maniera istintiva, solitamente ci si dondola a frequenze molto prossime a quella di risonanza, perché si ha la minore resistenza.

 

Quest'osservazione è molto importante: l'ampiezza aumenta fino a raggiungere la risonanza, dopodiché diminuisce. Questo fenomeno sta alla base di molte scelte sbagliate quando si cerca di abbattere vibrazioni indesiderate.

 

Ecco una situazione tipica, spiegata con un esempio: Si deve aumentare la produzione di un macchinario che va a 900 giri/min, portandolo a 1800 giri/min. Mentre si aumenta progressivamente la sua velocità, a circa 1100 giri/min, il macchinario inizia a vibrare violentemente. Per precauzione si torna alla velocità originale e si compra un secondo macchinario, a caro prezzo.

 

Questa è la soluzione intuitiva, ma esiste una più furba! Con ciò che abbiamo visto prima sappiamo che possiamo aumentare ancora la velocità e tornare allo stesso livello di vibrazioni iniziale.

 

Con questa tecnica otterremo un incremento di produzione TOTALMENTE GRATIS! Il grafico successivo descrive la situazione.

Si può addirittura aumentare ancora la velocità ottenendo vibrazioni più basse rispetto a quelle originali!

 

Questa tecnica non sempre è fattibile, perché la nuova velocità di operazione potrebbe disturbare un altro sistema vicino, oppure potrebbe logorare eccessivamente i componenti delle macchine. Molte volte invece è ciò che deve essere fatto.

 

Per concludere, vediamo cosa succede ad un sistema quando l'ammortizzazione aumenta o diminuisce (fig. successiva):

 

·      Quando l'ammortizzazione è molto piccola, l'ampiezza in prossimità della risonanza diventa elevatissima (linea tratteggiata) [6].

·      Più alta è l'ammortizzazione, l'ampiezza diminuisce, come mostrano, nell'ordine, le linee blu, viola gialla e verde, le quali corrispondono ad ammortizzazioni sempre più alte.

·      Se si aumenta moltissimo l'ammortizzazione, il sistema non oscilla più e non ha una risonanza (linea azzurra).

·      Se si aumenta l'ammortizzazione di un sistema, la frequenza alla quale si raggiunge la risonanza diventerà più bassa (vedi linea puntinata che unisce tutti i picchi o risonanze).