CAPITOLO I – VIBRAZIONI

Tecnica I: Variare la frequenza di eccitazione

Questa tecnica è la più semplice, si cambia la velocità alla quale funziona la macchina e, se la variazione è sufficientemente grande, si esce dalla zona ad alta ampiezza.

Ricordate che si può diminuire ma anche aumentare la velocità, facendo prove si può determinare se si è prima o dopo la risonanza e decidere cosa conviene fare. Alcune volte non è possibile cambiare la frequenza per ragioni di processo, meccaniche o elettriche. In questi casi si può optare per la Tecnica II.

Tecnica II: Isolamenti:Si tratta di montare emettitore o ricevitore su una sospensione elastica, un assieme di molle ed ammortizzatori che ammorbidisca il movimento. Questo assieme si chiama tecnicamente sospensione.

     

Questa è forse la tecnica più efficace, ma deve esserci sufficiente spazio per implementarla. L'altro vantaggio di questa tecnica è che non si devono modificare internamente i macchinari.

Se volete iniziare subito ad affrontare il problema, andate a questa pagina che vi guiderà passo dopo passo Se invece volete farlo voi stessi, continuate a leggere

Il concetto sfrutta quanto abbiamo imparato prima: se l'eccitazione ha una frequenza maggiore della risonanza, l'ampiezza e la forza trasmessa diminuiscono. Il grafico successivo (ampiezza rispetto alla frequenza di eccitazione), vediamo che la diminuzione è molto marcata se la frequenza forzante è almeno 3 volte più alta di quella di risonanza.

Quando la frequenza disturbante è almeno tre volte maggiore a quella della sospensione, la forza trasmessa si riduce di oltre il 75%! Tenete a mente questo concetto.

Prima di spiegare cosa fare, vediamo un sempio che conosciamo tutti: La cabina di un'automobile è montata su di una sospensione che la isola dal pavimento, rendendo il viaggio molto più confortevole.

  

Possiamo immagginare la sospensione di un'automobile come una serie di masse, di molle e di ammortizzatori. Analizziamo questo sistema che usiamo tutti i giorni:

• Il pneumatico, essendo praticamente un palloncino gonfiato, è elastico e può essere considerato una molla.
• Il cerchione e pneumatico assieme hann una determinata massa (m_r).
• Anche la cabina ha una massa (m_c), la più grande di tutto il sistema.
• Tra cabina e ruota ci sono dei molloni (k) e degli ammortizzatori (c).

ATTENZIONE: non si devono confondere le molle con gli ammortizzatori. Entrambi sono oggetti diversi e hanno funzionamenti e scopi diversi. La molla è un oggetto solitamente a forma di spirale (ci sono molle anche di altre forme) e il suo scopo è quello di essere elastico, ma non di frenare il movimento. L'ammortizzatore è un oggetto cilindrico il cui scopo è dissipare energia in forma di calore, una sorta di freno. Infatti, dopo qualche minuto di guida gli ammortizzatori si scaldano e, se il terreno è sconnesso, diventano anche molto caldi, superando pure i 100ºC.

L'utilità dell'ammortizzatore è doppia:

• diminuisce l'ampiezza di vibrazione, per esempio quando si prende una buca o un dosso.
• fa oscillare meno volte possibile la cabina dopo essere passati sopra la buca o il dosso. Senza l'ammortizzatore o con ammortizzatori rovinati, la cabina continua ad andare su e giù. rischiando di far venire il mal di mare agli occupanti.

Pensiamo a cosa succederebbe stando seduti in un'automobile senza sospensione: il viaggio sarebbe durissimo, si sentirebbero tutte le imperfezioni della strada e dopo pochi km saremmo stanchissimi e storditi. Nella stesa maniera, dotando una sorgente o un ricevitore di sospensione lo si isola, diminuendo gli effetti negativi delle vibrazioni e risolvendo il problema!

A questo punto mi preme sfatare un mito urbano, quello dei materassini o tamponi antivibranti in gomma. Hanno utilità per diminuire rumori metallici e alcuni urti, ma sono molto limitati per l'abbattimento delle vibrazioni. La ragione è che sono troppo "duri" (rigidi) e quindi non abbassano sufficientemente la frequenza propria del sistema.

In generale, un esperto che dice che tutto si risolve con tamponi o materassini non dice tutta la verità. Per questa tecnica, la scelta delle molle e degli ammortizzatori è di primordiale importanza e deve essere fatta con molta attenzione, perché

• Se la sospensione è troppo dura, sarà inutile (per esempio usando materassibi e tamponi).
• Se il sistema composto da sospensione e macchinario che vibra (o il ricevitore) hanno una risonanza uguale a quella dell'eccitazione, si avranno problemi più grandi di quelli attuali!

Di seguito troverete una "ricetta" per selezionare molle e ammortizzatori adatte ad una sospensione. Con calcolatrice e alcuni dati determinati sul posto si può raggiungere un risultato di ottimo livello, purché i dati di partenza siano accurati entro un 10% massimo.

Se volete evitare i calcoli andate a questa pagina, che vi guiderà passo dopo passo

Ecco la "ricetta":

1. Determinare la causa delle vibrazioni. Applicate i criteri spiegati nella parte dedicata alla provenienza delle vibrazioni. Solitamente sono le masse che girano, le giranti dei ventilatori, delle pompe e dei compressori oppure i motori stessi.

2. Verificare che ciò che si vuole isolare può essere "sospeso". Una volta installata la sospensione, è possibile che il sistema oscilli un po' più di prima ed è necessario prevedere questo movimento. Se ci sono tubi, cavi o altri elementi, questi dovranno essere resi flessibili, per esempio usando tubi di gomma, cavi speciali per posa mobile e soffietti (giunti elastici).

3. Determinare la massa di ciò che si vuole isolare (può essere una sorgente o un ricevitore). Questo passaggio è molto importante: se la massa è sbagliata il risultato potrebbe essere nullo o addirittura catastrofico. Annotare la massa "m" in [kg].

4. Determinare quale è la frequenza forzante, che solitamente è la velocità delle giranti. Questo passaggio può essere complicato se ci sono molte sorgenti e molti organi in movimento. Se invece è facile determinare la velocità di rotazione, si usa la seguente formula per convertire i "giri al minuto" in [Hz]. N deve essere espresso in "giri al minuto", [min^-1] oppure [rpm].

5. Calcolare la costante elastica delle molle da impiegare nelle sospensioni, con questa formula: "f" deve essere in [Hz] (usando la formula del punto 4) e "m" deve essere in [kg] (v. punto 3). Se si usano unità di misura diverse (grammi, libbre), la formula non funziona e porterà a errori pericolosi.

6. Determinare le "posizioni" dove verranno installate le molle:
   
• A seconda della forma e dimensioni di ciò che si deve isolare, si devono distribuire le molle in maniera che il peso sia supportato omogeneamente.
• La minima larghezza del supporto dove agiranno le molle deve misurare almeno il doppio dell'altezza del sistema da isolare.
• 
  
• Nell'immagine di sopra, non si può rispettare questa regola, quindi la molle sono state spostate in alto con delle colonne.
7. Dividere la massa per il numero di "posizioni", per ottenere il numero X, annotare questo numero. Nell'esempio di sopra, X=4. I dati di sopra li useremo per trovare le molle e gli ammortizzatori della sospensione.
8. Come trovare le molle:
   • Le molle più economiche e facilmente reperibili sono quelle normalizzate per stampi.
   • Tutti i fabbricanti le costruiscono alla stessa maniera, perché devono essere intercambiabili e ce ne sono di tantissime misure e rigidità.
   • Si inizi a cercare nei cataloghi con un valore di elasticità delle molle pari a . Se questo valore è troppo alto per il catalogo, si passi a cercare con un nuovo valore di , aumentando a ,  e così via, fino a quando non si trova una molla adatta, seguendo le istruzioni di ogni catalogo per quanto riguarda la durata.
   • Il valore che precede X determina quante singole molle si devono installare in ogni posizione.
   • Per esempio, se si è trovata una molla con elasticità pari a  e si intende installare le molle in ogni angolo di una base rettangolare, sarà necessario comprare 12 molle, 3 per ogni angolo.
9. Come trovare gli ammortizzatori:
• E' conveniente installare un ammortizzatore per ogni "posizione" di installazione delle molle. Nell'esempio di sopra, serviranno 4 ammortizzatori.
• Individuare una vettura, camioncino o camion la cui portata, divisa per il numero di ruote, sia uguale a
• Per esempio, se la massa da isolare è 2300 kg e si hanno 6 posizioni di molle, va bene l'ammortizzatore di un camioncino di 4 ruote dal peso complessivo (carico pieno) di 2300 kg

Cosa può essere isolato?

• Pompe, compressori, ventilatori
• Condizionatori e caldaie
• Centrifughe
• Motori elettrici e a scoppio
• Turbine
• Abitazioni, box
• Macchinari pesanti e leggeri

Alcuni avvertimenti e precauzioni:

1. Se si sta isolando una sorgente che inizialmente si trovava ancorata in maniera rigida (perni, saldatura, ecc.), questa vibrerà dopo l'installazione della sospensione. Questa vibrazione può diventare anche grande, se la forza di eccitazione è importante.
2. Se si sta isolando un ricevitore, si deve tenere presente il transito delle persone, mezzi di manovra, carico e scarico del materiale, sulla sospensione.
3. Se dubitate dei dati ottenuti oppure se è possibile che le forze siano molto più alte di quanto sembrano, conviene cercare un parere esperto. A questo punto saprete giudicare se la persona che contatterete è veramente brava o no.

 

Tecnica III: Variare M, K o C nel sistema

Questa può essere la tecnica più complicata di tutte. Si tratta di effettuare cambiamenti all'interno della sorgente o ricevitore per aumentare o diminuire massa, rigidità e/o ammortizzazione.

Cambiare molle esistenti, correggere sbilanciamenti e disallineamenti, aumentare la quantità degli ammortizzatori esistenti, modificare gli organi delle machine, sono esempi di ciò che si può fare per ottenere migliorie.

In generale, sono azioni che può fare chi conosce molto bene internamente la macchina da modificare, quindi il fabbricante o un utilizzatore molto esperto.

Senza una guida esperta, non è prudente agire su questo campo e conviene chiamare lo specialista, ma con quanto avete imparato sarete in grado di valutare i candidati esperti.