Controllo delle vibrazioni

Nella proseguo della trattazione non verranno approfonditi gli aspetti teorici legati alla generazione, propagazione mitigazione delle vibrazioni, aspetti questi cui si rimanda ai testi specializzati. Rimanendo fedeli alla traccia prettamente pratica e applicativa di questo lavoro, verranno illustrate soluzioni e metodologie basate su concetti intuitivi, facilmente applicabili da chiunque, tecnici ed operatori del settore anche senza una approfondita preparazione teorica, purché dotati di buon senso e spirito di osservazione.

I metodi per il controllo delle vibrazioni possono essere raggruppati in tre principali categorie:

1. riduzione della sorgente

a) Bilanciamento delle masse in movimento. Quando la vibrazione è originata dalla rotazione o dal movimento reciproco di corpi, l’ampiezza delle forze vibranti può essere ridotta o anche eliminata con il bilanciamento. Un esempio ben noto a tutti è il bilanciamento delle ruote delle autovetture, effettuato dal gommista il quale posiziona appropriate masse in ben determinati punti lungo la circonferenza del cerchione.

b) bilanciamento delle forze magnetiche. Forze vibranti possono essere generate da fenomeni di tipo magnetico che si instaurano all’interno di macchine elettriche. Dette vibrazioni possono essere controllate modificando il percorso del campo magnetico all’interno della macchina.

c) Controllo delle tolleranze e geometria del movimento. Le vibrazioni sono spesso causate da eccessivi giochi che si hanno negli accoppiamenti. Ciò può essere dovuto ad errori nelle lavorazioni, usura delle parti in movimento reciproco o da entrambi i fattori. Spesso gli urti contro i finecorsa generano vibrazioni e rumore; in questi casi è sufficiente intervenire con le dovute regolazioni, o interporre del materiale cedevole tra le parti che possono andare a contatto.

2. isolamento

a) Isolamento della sorgente. Quando un macchinario genera urti o vibrazioni durante il suo normale funzionamento, è opportuno che esso sia installato su opportuni supporti che lo isolino dal resto dell’ambiente. Tipico è il caso delle macchine per le prove di trazione su materiali metallici: all’atto della rottura dei provini si generano forti urti e vibrazioni che, propagandosi attraverso le fondamenta, potrebbero interferire negativamente con altre delicate apparecchiature quali bilance di precisione.

b) isolamento del recettore sensibile. A volte può essere conveniente isolare il recettore, inteso come apparecchiature delicate oppure gli operatori addetti al funzionamento della macchina. Tipico è il caso dei grossi impianti industriali

quali acciaierie, laminatoi, ecc. o in campo navale. In questi casi le dimensioni del macchinario non consentono alcun intervento ragionevole ai fini del confinamento delle vibrazioni prodotte; in questi casi è ragionevole creare degli ambienti circoscritti e protetti, adeguatamente isolati sia nei confronti del rumore che delle vibrazioni, all’interno dei quali possono trovare riparo le apparecchiature per il controllo del processo e il personale addetto alla sorveglianza.

2. Riduzione della risposta

a) Variazione della frequenza naturale. Se la frequenza naturale di una struttura o di un organo è prossima alla frequenza eccitatrice, potrebbero venirsi a creare le condizioni di risonanza con effetti deleteri per la struttura o per l’organo interessato. In tali situazioni, se la frequenza eccitatrice rimane sensibilmente costante, si può intervenire sulla frequenza propria dell’organo interessato, per esempio irrigidendolo o modificando il sistema di vincoli. Per esempio le vibrazioni delle pale di un ventilatore possono essere ridotte, a parità di numero di giri, irrigidendo la pala con opportune nervature, oppure si potrebbe ottenere un risultato analogo variando la massa delle pale.

b) Dissipazione dell’energia. Se le vibrazioni comprendono una vasta gamma di frequenze, l’intervento che modifica la frequenza propria dell’organo interessato dal fenomeno non è sufficiente. In questi casi è possibile intervenire con sistemi in grado di dissipare l’energia prodotta dalla vibrazione per evitare i distruttivi effetti della risonanza. A tale scopo esiste una grande varietà di supporti realizzati in polimeri più o meno cedevoli i quali trasformano l’energia cinetica della vibrazione in calore. Un ottimo esempio di un siffatto dispositivo è ben osservabile in ognuna delle nostre case; l’oblò della lavatrice infatti chiude su una grossa guarnizione in gomma il cui compito principale non è soltanto quello di impedire la fuoriuscita dell’acqua ma, soprattutto, serve a smorzare le vibrazioni indotte dalla rotazione del cestello che si trova a ruotare a velocità notevoli in condizioni di forte squilibrio. L’attrito tra gomma e vetro unita alla deformazione ripetuta della guarnizione riesce a dissipare così gran parte dell’energia prodotta dalla vibrazione del cestello con la biancheria. Esistono anche applicazioni più sofisticate che prevedono l’impiego di materiali piezoelettrici o che si basano sul principio delle correnti parassite.

c) Masse ausiliarie. Un altro metodo per la riduzione delle vibrazioni in sistemi vibranti consiste nell’applicare al sistema in questione una massa non direttamente ma con l’interposizione di un corpo elastico (in sostanza una molla). Con una accurata regolazione la massa aggiuntiva si mette a vibrare, facendosi così carico della vibrazione interessante il corpo cui si trova collegata.

In campo funiviario esistono tipiche applicazioni al riguardo, legate allo smorzamento delle oscillazioni dei contrappesi delle funivie bifune. La soluzione spesso adottata è quella di appendere delle grosse catene, di tipo navale, alla parte inferiore del contrappeso (vedi foto 1). Così, a seconda della posizione del contrappeso rispetto il pozzo, le catene si trovano ora appoggiate sul fondo ora completamente appese al contrappeso. In questo modo il contrappeso si trova ad essere un sistema a massa variabile e presentare quindi diverse frequenze proprie le quali devono essere

sensibilmente diverse da quelle proprie dell’anello trattivo, pena l’instaurarsi di deleterie condizioni di risonanza. Questo sistema, se da un lato è di semplice applicazione, dall’altro è particolarmente rumoroso in quanto. Esistono esempi in cui sono state applicate altre soluzioni, in cui l’energia dell’oscillazione del contrappeso viene dissipata in attrito oppure da un circuito oleodinamico (foto 2).

I piedini antivibranti, conosciuti commercialmente come Silent Block, sono semplici dispositivi pensati per essere interposti lungo le possibili vie di trasmissione delle vibrazioni. Essi possono essere impiegati indifferentemente per isolare un macchinario che vibra, quindi impediscono o, perlomeno, riducono di molto la trasmissione delle vibrazioni prodotte; oppure possono venire impiegati per impedire che le vibrazioni raggiungano particolari dispositivi. In commercio ne esistono di svariate forme e dimensioni, e vanno scelti con cura a seconda delle condizioni di impiego. In particolare sono da tenere presente le seguenti considerazioni:

a) tipo di carico

- assiale di compressione - assiale di trazione - taglio

b) entità del carico;

c) presenza di elementi aggressivi (lubrificanti, vapori, ecc.); d) variazioni di temperatura.

Con una accurata scelta e una accorta collocazione di tali elementi è possibile ottenere notevoli risultati in termini di riduzione delle vibrazioni e della rumorosità a fronte di investimenti minimi in termini monetari. Essi però necessitano di periodiche verifiche per verificarne l’integrità nel tempo e provvedere, se necessario, alla loro sostituzione.

Foto 1

Di seguito si riportano alcune immagini di tali dispositivi tratti da un catalogo ed una applicazione su motore di un impianto di sollevamento.