Figura 10.1: L’aggiunta del disco 2 equilibra le forze ma non i momenti (bilanciamento statico ma non dinamico).
Figura 10.2: L’aggiunta dei due dischi a opportune distanze determi-na anche l’equilibrio didetermi-namico.
missione acustica può essere contenuta scegliendo materiali aventi elevato smorzamento interno: lo stesso principio può essere applicato nel caso del rumore dovuto all’attrito. Anche le forze e i momenti di inerzia possono essere all’origine di vibrazioni e rumorosità di entità consistente. In particolare questo aspetto è evidente nelle macchine rotanti in cui le masse in rotazione non sono ben bilanciate.
È esperienza comune che un autoveicolo, in cui le ruote non siano adeguatamente equilibra-te, è sede, in particolare a determinati regimi di giri, di vibrazioni che si percepiscono in modo considerevole sul volante ed anche, come ulteriore effetto, di una maggior emissione sonora. Tali vibrazioni dipendono dalle forze (di tipo centrifugo) che si generano quando l’asse princi-pale di inerzia dell’organo rotante non coincide con l’asse di rotazione.
La tecnica più semplice che consente di controllare tale fenomeno consiste nel contrastare le forze e le coppie di forza, applicando delle masse in posizione opportuna per equilibrare le cause dello sbilanciamento.
Come si può osservare dalla Figura 10.1, l’aggiunta di una sola massa su un albero sbilan-ciato comporta in generale la compensazione della forza centrifuga (bilanciamento statico), ma può determinare la generazione di una coppia di forze (sbilanciamento dinamico).
Il problema può essere superato aggiungendo due masse tali da determinare l’equilibrio delle forze e dei momenti.
Sistemi più complessi (organi rotanti connessi a organi alternativi) richiedono criteri di equili-bratura più complessi.
Una seconda tecnica, indubbiamente meno risolutiva, consiste nell’isolare gli elementi vibran-ti a causa dello sbilanciamento, attraverso connessioni o supporvibran-ti dotavibran-ti di buone caratterisvibran-ti- caratteristi-che elasticaratteristi-che e smorzanti.
Una terza modalità consiste nel bilanciare le forze e le coppie eccitanti la vibrazione incremen-tando lo smorzamento dell’organo rotante o compensandole attraverso un assorbitore di vibrazione accordato sulla principale frequenza di vibrazione: si tratta cioè di inserire un ele-mento meccanico avente una frequenza propria di risonanza coincidente con la frequenza della vibrazione, in modo da assorbirne parte dell’energia.
In ogni caso l’equilibratura delle masse rotanti è un aspetto di grande importanza nell’ambito della manutenzione (e non solo per gli aspetti connessi al rumore e alle vibrazioni) e da cui spesso dipende anche il mantenimento nel tempo delle caratteristiche di emissione sonora di una macchina.
Il flusso di liquidi in tubazioni può produrre rumorosità. Le cause principali sono la turbolenza del moto nelle tubazioni, la cavitazione e il colpo d’ariete.
Il regime di moto del flusso nei tubi diritti dipende dal numero di Reynolds Re = v · D · ρ/μ
con v = velocità del flusso D = diametro della tubazione ρ = densità del liquido μ = viscosità assoluta
Se il valore di Re > 5000 il moto è turbolento. Nei normali tubi di impiego con velocità dell’ac-qua tra 0,4 e 0,5 m/s il regime di moto è già turbolento. La turbolenza è, inoltre, aumentata dalla presenza di giunti, variazioni di sezione, valvole, gomiti, diramazioni, ecc. Le forze flut-tuanti connesse alla turbolenza eccitano la vibrazione dei tubi che irradiano direttamente, e/o indirettamente, rumore nell’aria.
Il fenomeno della cavitazione insorge in quelle regioni del liquido dove la velocità aumenta e la pressione diminuisce, coma accade - ad esempio
- a valle di una valvola non completamente chiusa che strozza la corrente.
Se la pressione si riduce al di sotto di quella di satu-razione alla temperatura dell’acqua nei tubi, parte del liquido diventa aeriforme (per l’acqua a 16°C la pres-sione di saturazione è circa 18 kPa).
Le bolle di vapore , trasportate a valle dalla corrente, raggiungono una zona in cui la pressione è più alta ed implodono determinando delle intense fluttuazio-ni della pressione locale. Queste, eccitando la vibra-zione dei tubi, sono causa di rumorosità nell’aria intorno.
L’innesco del fenomeno della cavitazione è di diffici-le previsione in quanto dipende dalla velocità di efflusso del liquido, dalla pressione statica, dalla temperatura e dalla configurazione geometrica del sistema.
Il colpo d’ariete è quel fenomeno a cui è associato
quel rumore intenso, piuttosto impulsivo, che si percepisce quando un flusso continuo in un
Scheda 11
Moto di liquidi: turbolenza, cavitazione, colpo d’ariete.
Emissione sonora e criteri di bonifica
Figura 11.1: Cavitazione generata da una valvola.
impianto viene interrotto bruscamente. Se la chiusura rapida di una valvola blocca il flusso che interessa una parte non piccola dell’impianto, la variazione della quantità di moto dell’ac-qua in corsa dà luogo ad un impulso di pressione molto intenso che si propaga dalla valvo-la verso monte. Questa onda di pressione, spazialmente concentrata, si estingue riflettendo-si numerose volte durante la propagazione nell’impianto.
Soluzioni:
Molta della rumorosità di un impianto per il trasporto di liquidi è causata dalla pressione del-l’impianto che, compatibilmente con le esigenze imposte, dovrebbe essere ridotta.
Per limitare la turbolenza e la cavitazione è richiesta una cura del lay-out che minimizzi il nume-ro di gomiti, di cambiamenti bruschi di sezione, di giunti a T e a Y.
È conveniente distribuire le portate necessarie a velocità più bassa aumentando il diametro dei tubi. Passando da tubazioni da ½ pollice a tubazioni da ¾ di pollice è possibile consegui-re riduzioni di livello della pconsegui-ressione sonora da 3 a 5 dB.
È molto importante che i tubi non siano connessi rigidamente a strutture che risultano esse-re efficienti radiatori di suono. Il moto della superficie del tubo, trasferito nel punto di attacco ad una parete o ad un pannello, sostiene in queste strutture un campo di vibrazione che è ben accoppiato all’aria circostante.
L’isolamento dei tubi dalle strutture dell’edifi-cio permette di conseguire apprezzabili ridu-zioni del rumore. Se i tubi, invece che rigida-mente, sono collegati alle strutture mediante sospensioni con neoprene, gomma spugno-sa o coppelle in fibra minerale interposti, la risoluzione dei livelli di rumore può raggiunge-re una dozzina di dB.
Le valvole vanno scelte in relazione alla fun-zione che devono svolgere. Ad esempio le valvole a saracinesca non sono idonee per la regolazione della portata ma possono essere utilizzate per il sezionamento, tutto aperto o tutto chiuso. Infatti, nella posizione tutto aper-to non contribuiscono alcuna resistenza con-centrata.
Il colpo d’ariete va limitato non solo per la rumorosità che comporta, ma anche perché può provocare danni alle tubazioni, alle valvo-le e ad altri componenti dell’impianto. È pos-sibile realizzare dispositivi che “assorbono”
l’impulso di pressione conseguente alla interruzione brusca del flusso. Si tratta di una forma di elasticità posta in derivazione alla tubazione. Usualmente questa è realizzata con un reci-piente contenente aria, eventualmente separata dall’acqua con una membrana elastica.
Figura 11.2: Esempio di schema di principio di isola-mento delle tubazioni dalle strutture dell’edificio.