Antivibranti a bassa frequenza

Cosa sono le vibrazioni a bassa frequenza e come funziona l’isolamento delle vibrazioni in gomma-metallo

Le apparecchiature industriali e i sistemi di conversione energetica montati su strutture rigide trasferiscono costantemente energia dinamica sotto forma di oscillazioni elastiche. Nelle vibrazioni meccaniche, questa energia si propaga sotto forma di onde attraverso le strutture solide dell’impianto. Un corpo solido oscilla attorno a una determinata posizione di equilibrio statico: questo moto vibratorio è definito principalmente dall’ampiezza dell’oscillazione e dalla frequenza, intesa come numero di oscillazioni al secondo misurato in Hertz (Hz).

Nelle moderne installazioni industriali, il moto alternativo e rotatorio di motori elettrici, pompe, organi meccanici, compressori e presse genera forze alterne che si propagano nei basamenti e nelle carpenterie di supporto. Se non adeguatamente isolate, queste forze dinamiche si convertono in rumore strutturale udibile e accelerazioni continue che compromettono la precisione delle macchine utensili e accelerano il degrado dei componenti interni. Per ovviare a questo problema, è indispensabile stabilire un collegamento resiliente tra la sorgente vibrante e la struttura ricevente attraverso un adeguato isolamento delle vibrazioni.

Tuttavia, lo spettro delle basse frequenze (indicativamente sotto i 30 Hz) impone sfide progettuali severe. Un supporto antivibrante generico o eccessivamente rigido potrebbe attenuare con efficacia le alte frequenze, ma risultare del tutto inefficace a fronte di sollecitazioni a bassa frequenza, arrivando persino ad amplificarne gli effetti per fenomeni di risonanza. L’isolamento delle basse frequenze richiede grandi cedimenti elastici (deflessione statica) sotto il peso del macchinario per poter spostare la frequenza propria del sistema sospeso al di sotto della frequenza perturbatrice.

Un esempio tipico di questa problematica è costituito dai trasformatori industriali. Pur non integrando organi meccanici in movimento rotatorio, le forze elettrodinamiche e il fenomeno della magnetostrizione del nucleo magnetico generano vibrazioni a bassa frequenza costanti, percepite come un ronzio continuo a 100 Hz (frequenza doppia rispetto a quella di rete a 50 Hz). Tali oscillazioni generano spostamenti dinamici continui che sollecitano giunti, carpenterie e connessioni elettriche. Per mitigare queste sollecitazioni, è possibile impiegare soluzioni specifiche si possono utilizzare antivibranti  per trasformatori e apparecchiature elettromeccaniche.

Per dissipare l’energia dinamica, i dispositivi di isolamento in gomma-metallo sfruttano il principio dello smorzamento isteretico. Durante i cicli alterni di deformazione sotto carico, l’attrito molecolare interno della mescola elastomerica converte la frazione di energia cinetica accumulata in energia termica, riducendo l’ampiezza delle oscillazioni transitorie. Per l’isolamento a bassa frequenza, DAB vende prodotti con  mescole ad elevata elasticità e curve di isteresi controllate, in grado di garantire grandi cedimenti elastici senza manifestare fenomeni precoci di creep o decadimento strutturale delle proprietà elastiche.

Criteri di calcolo per la scelta: carico statico, carico dinamico e durezza Shore

La selezione di un supporto antivibrante a bassa frequenza richiede un calcolo analitico dei parametri fisici di esercizio del sistema. Il progettista deve quantificare con precisione il carico statico, ovvero la quota di massa del macchinario che insiste su ciascun punto d’appoggio in condizioni di riposo. A questo valore deve essere sommato il carico dinamico, introdotto dalle forze alterne generate dalle parti in movimento (forze centrifughe, sbilanciamenti rotazionali o forze di inerzia lineare).

Il principio fisico fondamentale dell’isolamento acustico e vibrazionale stabilisce che la frequenza propria del sistema isolato (la frequenza naturale a cui il macchinario oscillerebbe se disturbato da un impulso singolo) deve essere inferiore alla frequenza perturbatrice generata dal macchinario stesso. Per evitare fenomeni di risonanza, che causerebbero l’amplificazione distruttiva delle vibrazioni, il rapporto tra la frequenza di eccitazione e la frequenza propria del supporto elastico deve essere strettamente superiore a 1,41 (valore limite pari alla radice quadrata di 2). Nelle applicazioni industriali dove si richiede un elevato coefficiente di abbattimento, si punta a ottenere un rapporto pari o superiore a 3, condizione che permette di superare teoricamente l’80% di efficienza di isolamento.

Poiché la frequenza propria di un supporto in gomma-metallo è inversamente proporzionale alla radice quadrata della sua deflessione statica (lo schiacciamento verticale subito dall’elastomero sotto il carico statico del macchinario), l’isolamento delle basse frequenze richiede supporti dotati di spiccata cedevolezza e caratterizzati da una durezza Shore contenuta.

Soluzioni DAB per basse frequenze: l’efficacia dei supporti Spring Brackets e degli antivibranti a campana SUCON

DAB progetta e realizza sistemi antivibranti in gomma-metallo calibrati per le esigenze di smorzamento delle basse frequenze. Tra i dispositivi di impiego universale si distinguono i supporti elastici denominati Spring Brackets. Questi supporti sono studiati per impedire la trasmissione di vibrazioni e rumori strutturali senza richiedere interventi di manutenzione periodica, garantendo una lunga durata operativa.

I supporti Spring Brackets sono prodotti con mescole elastomeriche aventi una durezza Shore compresa tra 45° e 60° Sh. La loro specifica conformazione combinata con l’azione delle armature metalliche integrate, permette al supporto di deformarsi in modo ottimale sotto l’effetto delle sollecitazioni dinamiche. Questo design consente uno smorzamento bilanciato sia a fronte di carichi verticali sia di spinte di taglio orizzontali, riducendo le concentrazioni locali di stress all’interno dell’elastomero.

Per applicazioni industriali gravose, gli antivibranti a campana SUCON  di DAB rappresentano un’opzione complementare di rilievo. La loro struttura metallica esterna avvolge l’elastomero, proteggendolo dal contatto accidentale con sostanze contaminanti quali oli lubrificanti, idrocarburi, grassi o solventi di lavaggio. Dal punto di vista meccanico, la campana funge inoltre da limitatore di corsa, vincolando i movimenti del macchinario in caso di sovraccarichi d’urto improvvisi o transitori di avviamento, pur mantenendo un’elevata flessibilità assiale per l’abbattimento delle basse frequenze.

Inoltre, per installazioni complesse caratterizzate da carichi distribuiti molto elevati o dove lo spazio di montaggio non consente l’impiego di supporti cilindrici o a campana tradizionali, DAB ha sviluppato e costruito barre antivibranti specifiche. Costituite da due piatti in ferro accoppiati tramite vulcanizzazione a una sezione centrale in gomma naturale con durezza standard di 55° Sh, queste barre offrono un’elevata capacità di carico e possono essere facilmente adattate, tagliate o sagomate per fissare strutture di qualsiasi forma e dimensione, garantendo un accoppiamento rigido e sicuro alla base del macchinario.

Applicazioni industriali: dal settore HVAC ai gruppi elettrogeni e sistemi di pompaggio

Le problematiche connesse all’isolamento delle basse frequenze interessano numerosi ambiti applicativi della produzione B2B e dell’ingegneria impiantistica. Nel settore del condizionamento e delle unità esterne (HVAC), i grandi ventilatori assiali, gli estrattori d’aria e i compressori operano spesso a regimi di rotazione medio-bassi. Se le vibrazioni generate non vengono isolate alla base, l’energia si trasmette ai solai e alle canalizzazioni dell’edificio sotto forma di onde acustiche secondarie e rumore strutturale. L’impiego di supporti in gomma-metallo ad alta deflessione permette di ridurre il propagarsi di rumori e vibrazioni con gli antivibranti in gomma, salvaguardando l’integrità dei giunti flangiati e il comfort degli ambienti circostanti.

Nei gruppi elettrogeni e nei sistemi di pompaggio e autoclave, i motori endotermici o elettrici generano forze alterne del secondo ordine a bassa frequenza, particolarmente marcate durante le fasi di transitorio (avviamento e arresto). In queste situazioni, i supporti devono esibire una notevole flessibilità lungo l’asse verticale per assorbire le ampie oscillazioni torsionali, garantendo al contempo la stabilità strutturale del gruppo. Per tali applicazioni, DAB propone soluzioni dedicate, tra cui la linea SURMAC e i supporti antivibranti a campana SUCON