Boletin presentado en Fall Lecture Series "NOISE AND VIBRATION PROBLEMS AND SOLUTIONS"


Hasta muy pocos años atras las recomendaciones para la aislacion de vibraciones en aire acondicionado era mas una tradicion que una ciencia. Es bien conocido en la industria que el corcho es buen aislante en equipos a muy altas frecuencias como ser loc compresores centrifugos, la utilizacion de goma es ideal para ventiladores y equipos para el manejo de aire, y los resortes son la seleccion logica para equipos reciprocos como los compresores. Estas selecciones fueron las establecidas por los ingenieros en acustica para la toma de decisiones sobre los materiales a utilizar para cada categoria.

La ecuacion indica que un porcentaje dado de vibracion puede ser aislado de la estructura instalando la maquina que genera dicha vibracion (a una conocida frecuencia = rpm del equipo) sobre un sistema antivibratorio que posee una frecuencia de resonancia mucho menor que la frecuencia de disturbio del equipo. Si la frecuencia de disturbio es 3 veces la frecuencia natural del sistema eliminaremos teoricamente un 90% de la vibracion.

E= porcentaje de la vibracion aislada / fd= frecuencia de disturbio deseada para aislar / fn = frecuencia natural del sistema / d= defelxion estatica del material aislante. Todas las companias de porductos antivibratorios publicaros una carta de Eficiencia como se muestra en la figura 1 (de abajo) , la cual expresa su relacion . La frecuencia de disturbio es siempre conocida e invariable , solo se debe establecer lala frecuencia natural del montaje . Afortunadamente , como la frecuencia de un pendulo es funcion solo de su longitus y no de del peso colgante en su extremo, la frecuencia de los sistemas aislantesson solo funcion de la deflexion estatica del medio que lo soporta. y no del peso del equipo. Para proveer una eficiencia de aislacion del 90% para un compresor de 600 rpm, seleccionando un montaje que produzca una deflexion de 1 pulgada (2.54 cm) resultara en una frecuencia base de 188 rpm . Obteniendo una relacion 3:1 el problema es resuelto. Las especificaciones de las consultoras antivibratorias solo mencionaran que los montantes antivibratorios deben ser seleccionados para eliminar el 90% de las vibraciones transmitidas por el equipo.

Este acercamiento a la resolucion del problema es solo el primer paso para de un analisis complejo.
Primero, el requerimiento del 90% no tiene en consideracion la magnitud de la vibracion. la fuerza vibratoria es funcion directa de la carga desbalanceada (unbalanced weight), y de la distancia entre la carga desbalaceada y el centro de rotacion, y del cuadrado de la velocidad [rpm] . La furza vibratoria creada por un ventidador de 18" girando a 300 rpm, no es nada comparable con la fuerza vibratoria de un ventidador de 60" clase-3 girando a 1000 rpm.

Mientras un 90% de eficiencia podria ser aseptable para sistemas chicos, seria inadecuado en grandes sistemas , ademas se supone que la defleccion del aislante es mucho mayor comparada con la deflexion del piso, y la masa del equipo a aislar es mucho menor que la masa del piso.
Actualmente los equipos son grandes y estaremos operando con us sistema de 2-masas segun se ilustra en la figura.

Este sistema no puede ser analizado en los terminos de una simple ecuacion teorica. En muchos casos debe seleccionar los montantes con una defexion menor que la del propio piso sobre el cual se encuentra apoyado. . Por ejemplo , para aislar una bomba de 3600 rpm. eliminando el 95% de la vibracion , debemos colocar materiales con deflexion de 0.05".

Existen ecuaciones mas complejas que pueden ser utilizadas para resolver una aplicacion.
Estos tipos de ecuaciones son utiles para encontrar si nuestro trabajo va en la direccion correcta cuando un nuevo sistema antivibratorio se esta desarrollando.. este tipo de analisis muestra que volviendo a la carta de eficiencia , la deflexion del aislador debe ser 6 - 8 veces mayor que la delexion del propio piso..

Los PAD de neoprene , corcho, fibra o alguna combinacion de ellos proveen deflexiones normalmente del orden de 10 - 20 % del espesor del pad.por lo tanto son muy buenos para altas frecuencias como su deflexion es pequena en comparacion a la del propio piso son utilizados en bases y pisos flotantes..

Neoprene mountings and hangers : estos materiales poseen un rango de 0.20" a 0.50" de deflexion. proveen suficiente deflexion estatica para ofrecer buena proteccion a equipos pequenos y de alta velocidad. donde las fuerzas desbalanceadas son bajas , muchas veces se utilizan juntamente con resortes donde el neoprene es efectivo a frecuencias altas y el resorte a bajas frecuencias.

Steel spring mountings es el material mas usado para trabajos criticos .Con resorte pueden obtenerse deflexiones de 5"y mas en trabajos especificos.. Los resortes proveen una variable simple de disenio y las instalaciones tienen una vida util tan alta como los propios equipos.. Modernos aisladores utilizan resortes de gran diametro y muchas veces ubicados dentro de un housing.

Otra relativemente moderna forma de aislante es el Air Spring (resorte de aire). Provee un soporte estable a 100# de presion de aire y con unidades pequeñas obtenemos la misma aislacion que resortes de 6" a 7" de deflexion. Las paredes estan contruidas con goma y no poseen una resonancia interna como se encuentran en resortes de gran tamaño. Air springs tienen la ventaja de soportar una amplia gama de cargas . Valvulas de control mantienen el sistema elevado y compensado de fuerzas externas. Estos tipos de instalaciones son mas costosas que utilizar resortes, por lo tanto generalmente se los reserva para zonas extremadamente criticas.

Deflexion funcion del aislamiento requerido para una frecuencia de disturbio
Ejemplo : para Fd=10 Hz y un aislamiento del 90% se necesita una deflexion de 26mm

defelxion de los sistemas antivibratorios (en mm) funcion del rendimiento y las rpm

PRINCIPIOS SOBRE LOS MONTAJES EN RESORTE Y NEOPRENE