Isolamento attivo e passivo: la fisica dello smorzamento nelle macchine industriali che oscillano
La propagazione di sollecitazioni dinamiche e onde elastiche all’interno di uno stabilimento produttivo rappresenta una delle principali cause di usura precoce delle parti meccaniche, disallineamento degli organi rotanti e cedimento delle strutture di sostegno. In presenza di un supporto rigido, le sollecitazioni dinamiche non vengono dissipate e si trasmettono direttamente alle fondazioni dello stabilimento. Comprendere la fisica che regola il comportamento dei sistemi oscillatori è essenziale per definire una strategia di attenuazione efficace tramite l’uso di specifici Antivibranti per macchine e sistemi industriali che oscillano.
L’isolamento delle vibrazioni si divide in due categorie fisiche distinte:
- Isolamento attivo: mira a ridurre la trasmissione delle forze dinamiche generate da un macchinario (organi in movimento alternativo o rotatorio) verso la struttura di fondazione o il pavimento circostante.
- Isolamento passivo: ha lo scopo di proteggere le apparecchiature sensibili, gli strumenti di misura o le cabine di controllo da vibrazioni esterne provenienti dal terreno o da altri macchinari limitrofi.
In entrambi i casi, gli antivibranti per impianti industriali sfruttano le proprietà viscoelastiche degli elastomeri per convertire l’energia cinetica in calore mediante isteresi meccanica. L’efficacia di questo processo è regolata dal rapporto di frequenza, ovvero la relazione tra la frequenza di eccitazione della sorgente e la frequenza propria del sistema isolato.
In un sistema oscillante industriale, l’obiettivo del dimensionamento elastico è minimizzare la trasmissibilità delle forze. Per ottenere un isolamento delle vibrazioni superiore al 70%, il rapporto tra la frequenza di eccitazione e la frequenza propria del supporto deve essere maggiore di 2.
Perché isolare elasticamente le carpenterie e le strutture di sostegno dei macchinari
Le carpenterie metalliche industriali costituiscono l’ossatura strutturale su cui poggiano macchine utensili, impianti di pompaggio, gruppi elettrogeni e unità di condizionamento. Poiché l’acciaio e le leghe metalliche presentano un coefficiente di smorzamento interno estremamente ridotto, le sollecitazioni dinamiche generate dagli organi meccanici in movimento si propagano senza attenuazione lungo tutta la struttura. L’isolamento elastico delle carpenterie dei macchinari è fondamentale per evitare l’insorgere di fenomeni di risonanza strutturale, che possono compromettere l’integrità dei giunti saldati o imbullonati.
Quando una macchina utensile o un compressore opera in assenza di un disaccoppiamento elastico idoneo, le micro-oscillazioni continue generano sollecitazioni a fatica sui materiali metallici delle strutture portanti, accelerando l’invecchiamento strutturale e causando fermi macchina improvvisi. L’integrazione di opportuni supporti antivibranti gomma-metallo disaccoppia la massa del macchinario dalla carpenteria di supporto, riducendo le sollecitazioni trasmesse e prevenendo le deformazioni flessionali che altererebbero le tolleranze geometriche e la precisione del ciclo di lavorazione.
La riduzione delle sollecitazioni dinamiche sulle carpenterie non solo preserva la vita utile delle strutture metalliche, ma evita che le vibrazioni ad alta frequenza si trasformino in rumore strutturale aereo all’interno dell’ambiente di lavoro.
DAB Antivibranti
Parametri tecnici per il dimensionamento: carico statico, carico dinamico e frequenza propria
Il dimensionamento tecnico di un antivibrante gomma-metallo richiede l’analisi di precisi parametri fisici per evitare il sotto-dimensionamento (rischio di snervamento meccanico o fatica termica dell’elastomero) o il sovra-dimensionamento (che renderebbe il sistema troppo rigido, vanificando l’effetto di isolamento). Il parametro di partenza è il carico statico, espresso in Newton (N), che rappresenta la forza peso del macchinario distribuita su ciascun punto di appoggio. A questo si somma il carico dinamico, indotto dalle forze d’inerzia, dagli squilibri delle masse rotanti e dalle coppie di avviamento.
La frequenza propria (espressa in Hertz, Hz) rappresenta la frequenza a cui il sistema isolato oscilla naturalmente se sollecitato da una forza impulsiva. Per ottenere l’attenuazione delle vibrazioni, la frequenza propria del supporto elastico deve essere significativamente inferiore alla frequenza di eccitazione della macchina (corrispondente alla velocità di rotazione o ai cicli operativi). Un altro fattore di rilievo è la durezza Shore, misurata su scala Shore (Sh), che esprime la rigidità della mescola di gomma utilizzata e ne determina la capacità di deformazione elastica sotto carico.
| Parametro Tecnico | Unità di Misura (SI) | Impatto sul Dimensionamento |
|---|---|---|
| Carico Statico | Newton (N) | Determina la deflessione statica iniziale del supporto e la scelta della durezza Shore . |
| Carico Dinamico | Newton (N) | Definisce lo stress ciclico a cui è sottoposto l’elastomero e la resistenza alla fatica dinamica. |
| Frequenza Propria | Hertz (Hz) | Deve essere inferiore alla frequenza di eccitazione di un fattore per evitare la risonanza. |
| Durezza Shore A | Shore (Sh) | Indica la rigidità intrinseca della mescola di elastomero, con range tipici tra 40 Sh e 70 Sh. |
Tipologie di supporti gomma-metallo DAB per sistemi oscillanti: a campana SUCON, a flangia e linea SURMAC
DAB Antivibranti sviluppa un portafoglio diversificato di soluzioni gomma-metallo progettate per soddisfare le esigenze di isolamento acustico e vibrazionale in vari ambiti industriali. Tra i prodotti principali si distinguono gli antivibranti a campana SUCON, ideali per applicazioni che necessitano di un’elevata cedevolezza in direzione verticale associata a una rigida tenuta laterale. La calotta metallica esterna dei supporti a campana funge da carter di protezione, salvaguardando l’elastomero interno dal contatto accidentale con oli, solventi e agenti atmosferici.
Per macchinari soggetti a sollecitazioni multidirezionali e carichi gravosi, l’utilizzo di antivibranti per macchine industriali come la linea SURMAC e i supporti a flange per grandi carichi garantisce stabilità e sicurezza. I supporti della linea SURMAC offrono un controllo controllato dei carichi statici e dinamici, incorporando un sistema di sicurezza antistrappo (fail-safe) essenziale in applicazioni soggette a urti o accelerazioni repentine, come nel settore ferroviario, nautico e nei grandi impianti di generazione. L’adozione di questi sistemi assicura lo smorzamento e il contenimento delle onde elastiche nei sistemi oscillatori complessi.
Tappetini e lastre antivibranti in elastomero: quando preferire l’isolamento di superficie
Nei casi in cui i carichi non siano concentrati su specifici punti d’appoggio, ma risultino distribuiti su ampie superfici d’appoggio, l’approccio puntuale tramite singoli supporti elastici non è applicabile. In queste circostanze si ricorre all’isolamento di superficie impiegando lastre antivibranti in elastomero. Le soluzioni superficiali sviluppate da DAB presentano conformazioni superficiali tacchettate o bugnate per consentire la deformazione laterale libera della gomma (materiale quasi incomprimibile a volume costante), garantendo lo smorzamento ottimale sotto carico.
L’uso di tappetini e lastre è ideale come sotto-basamento per macchine utensili, cesoie, presse e intere linee produttive. I tappetini antivibranti distribuiscono omogeneamente la pressione statica sul solaio, abbattendo la trasmissione del rumore da calpestio e di natura strutturale.
Applicazioni industriali concrete: dai sistemi di pompaggio e HVAC ai gruppi elettrogeni
Le esigenze di smorzamento variano in base al settore applicativo e alla cinematica del macchinario coinvolto. DAB Antivibranti propone configurazioni dedicate per diversi ambiti operativi:
- Sistemi di pompaggio e autoclave: le vibrazioni sono generate sia dalla rotazione dell’elettropompa sia dai transitori di pressione del fluido. L’uso di antivibranti industriali cilindrici evita che le sollecitazioni si propaghino alle tubazioni di adduzione, scongiurando rotture per fatica e perdite d’acqua.
- Settore HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning): l’isolamento elastico di unità di condizionamento esterne, refrigeratori (chiller) e ventilatori centrifughi è indispensabile per prevenire la trasmissione di rumore a bassa frequenza all’interno delle strutture abitative o commerciali.
- Gruppi elettrogeni e motori industriali: in queste macchine si combinano elevati carichi statici e carichi dinamici transienti (coppie di spunto all’avvio). Supporti come la linea SURMAC o gli antivibranti a campana garantiscono un corretto assorbimento degli shock senza alterare l’allineamento dell’asse di accoppiamento.
- Altri settori d’intervento: la gamma DAB trova applicazione nel settore agricolo (ammortizzazione delle cabine e dei motori), ferroviario, nautico, alimentare ed elettromedicale, dove è richiesta un’elevata purezza dei materiali e affidabilità costante.
Errori comuni nella scelta dell’antivibrante e i vantaggi della produzione su misura DAB
Un errore ricorrente in fase di progettazione consiste nello scegliere il supporto antivibrante basandosi esclusivamente sul peso statico del macchinario, tralasciando la frequenza di eccitazione o la compatibilità chimica con l’ambiente operativo. L’utilizzo di mescole non idonee a contatto con oli idraulici, grassi o idrocarburi comporta una rapida degradazione chimica e la perdita delle proprietà elastiche dell’elastomero. Analogamente, un errato calcolo della frequenza propria può posizionare il punto di lavoro del sistema in prossimità della risonanza, amplificando le vibrazioni anziché isolarle.
DAB Antivibranti, risponde a queste problematiche fornendo supporto tecnico e la possibilità di realizzare produzioni su misura. L’azienda formula mescole specifiche in relazione alle condizioni d’esercizio: gomma naturale (NR) per un eccellente isolamento elastico generale, gomma nitrilica (NBR) per resistenza a oli e idrocarburi, EPDM per resistenza all’ozono e agli agenti atmosferici, o silicone per temperature d’esercizio estreme. Per garantire la corretta selezione del componente, si raccomanda di seguire una metodologia di analisi strutturata.
- Calcolo del carico statico complessivo del macchinario e determinazione della sua distribuzione su ciascun punto di appoggio.
- Identificazione delle frequenze di disturbo (es. regime di rotazione in giri al minuto o frequenza operativa in Hz).
- Valutazione dei vincoli ambientali (temperatura d’esercizio, presenza di oli, sostanze corrosive o agenti atmosferici).
- Selezione della tipologia costruttiva di supporto (cilindrico, a campana SUCON, a flangia, linea SURMAC, tappetini o collarini e barre).
- Determinazione della durezza Shore ottimale e verifica che la frequenza propria del sistema garantisca il grado di isolamento richiesto.
Richiedi un preventivo per la tua soluzione antivibrante — Contatta DAB al numero +39 02.90782170 oppure via email all’indirizzo: info@dab-antivibranti.it
