Ruido y vibraciones en máquinas

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Las fábricas industriales pueden tener una infraestructura de compresores, HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado), bombas, enfriadores y también evaporadores. Cuando se realiza el diseño de una planta industrial, uno de los primeros pasos para mitigar el ruido y las vibraciones producidas por HVAC es considerar meticulosamente la ubicación de la maquinaria. Los problemas de HVAC pueden llegar a ser muy graves si el equipo se coloca cerca de salas acústicamente sensibles. Por ejemplo, si la sala de maquinaria esta adyacente o directamente sobre el techo de un estudio que requiere silencio, la pared que tengan en común o el techo, vibrarán como si de un diafragma gigante de un altavoz se tratara, irradiando de forma eficiente ese ruido hacia el estudio.

Una vez dicho esto, hay que tener en cuenta que aunque el costo de las instalaciones puede verse incrementado debido a una mayor longitud de conductos y a las perdidas térmicas, es importante ubicar el equipo lo más alejado posible de las áreas acústicamente sensibles. Siguiendo este esquema, el equipo de HVAC debe ubicarse en el lado opuesto, o en una sala de máquinas o estructura separada de las zonas sensibles. Si por espacio o cumplimiento debemos colocar el equipo HVAC en un techo directamente sobre una sala con sensibilidad acústica, esté deberá colocarse sobre un muro de carga y no en el medio de un tramo de techo, para así poder minimizar la acción diafragmática que comentamos en el primer párrafo. Del mismo modo, para conseguir minimizar la vibración, el equipo debe colocarse preferiblemente en el suelo de la fábrica.

El segundo paso sería considerar diferentes formas de aislamiento de las diferentes fuentes sonoras para eliminar las vibraciones transmitidas por la estructura. En la mayoría de casos, los equipos se colocan en una sala de máquinas. Si por requisitos de la máquina, esta debe ubicarse en una losa de hormigón que esta compartida con la planta industrial, la losa de la sala de máquinas deberá ir completamente aislada como si de una losa flotante se tratara. Normalmente se usa filamentos de vidrio comprimidos y tratados para separar las losas durante el vertido. Todas las fuentes de vibración, como los motores, deben desacoplarse de la estructura de la planta u edificio colocando la fuente sobre elementos elastómeros o de fibra de vidrio, amortiguadores de muelle o algún dispositivo estilo “silentblock” o similares. En muchos casos los motores van instalados en bancadas de inercia que a su vez está aislado con alguno de estos dispositivos que acabamos de comentar. Estos bloques de aislamiento comúnmente llamados “bancadas de inercia”, lo que consiguen es aumentar la masa total del sistema, reduciendo así las vibraciones y en particular disminuyendo la frecuencia natural del sistema. Con esto conseguimos mejorar la eficacia de aislamiento. Hay que prestar mucha atención y tener especial cuidado para garantizar que cualquier método de aislamiento que hayamos escogido proporcione un desacoplamiento completo de la estructura, de no ser así nuestro aislamiento puede verse comprometido.

Sistema antivibratorio motor bancada de inercia 1024x795 - Ruido y vibraciones en máquinas

Recomendamos ubicar todas las unidades de tratamiento de aire en recintos cerrados para un correcto control del ruido, además conviene recubrir las paredes interiores de la sala de máquinas con materiales absorbentes con el objetivo de reducir el nivel de ruido ambiental en la sala de máquinas lo que conllevaría por tanto una pérdida de transmisión hacia la fábrica industrial. Las tuberías y conductos deben de colgarse mediante “silentblocks” y todas las salidas y entradas de tuberías ir selladas con materiales flexibles para evitar la transmisión de vibraciones a la estructura. Podemos calcular la reducción de ruido que hemos logrado recubriendo con materiales absorbentes la sala a partir de la siguiente formula:

NR Noise reductión 1024x178 - Ruido y vibraciones en máquinas

En la práctica, usemos el método de montaje que usemos, siempre se transmite algo de energía desde la fuente al resto de la fábrica.  Esto podemos verlo en términos de transmisibilidad (T), que se puede expresar como la fuerza transmitida a la estructura dividida por la fuerza aplicada por la fuente. De no usar aislamiento, el valor de la transmisibilidad será 1. Por el contrario, en un caso hipotético de que no se transmitiera nada de energía al resto de la fábrica el valor sería 0. Dado este dato, se entiende que cuanto menor sea el valor de transmisibilidad, mejor será el aislamiento. También podemos entenderlo y expresarlo de la siguiente manera, por ejemplo, si la transmisibilidad es 0,40, su eficacia será del 60%.

Una fuente vibratoria, como por ejemplo un motor, montado sobre unos soportes antivibratorios, puede considerarse como un sistema masa-muelle, por lo que tendrá una frecuencia natural de vibración fn, donde vibrará libremente. El valor de fn es una función de la rigidez del muelle y la masa. Fn es una función de la desviación estática del sistema. Más específicamente fn es igual a la constante dividida por la raíz cuadrada de esa desviación estática. La desviación estática es la disminución de la altura del antivibratorio o del “sistema masa-muelle” cuando se coloca el motor sobre él. Una fuente de vibración también tiene su propia frecuencia de fuerza denominada f. Por ejemplo, un motor que rota a 1200 RPM tendrá una frecuencia de 20 Hz (ciclos por segundo). Cuando el motor está en funcionamiento, vibra a diferentes frecuencias pero para el diseño de nuestro sistema de aislamiento, siempre usamos la frecuencia más baja. La transmisibilidad se puede calcular usando tanto fn como f:

Transmisibilidad 1024x231 - Ruido y vibraciones en máquinas

Cuando diseñamos un sistema de aislamiento antivibratorio, lo primero en lo que tenemos que centrarnos es en minimizar la transmisibilidad (T). Esto lo conseguimos aumentando el valor de T. Normalmente esto lo conseguimos durante el diseño, ya que reducimos la frecuencia natural del sistema (la clave es especificar un valor para la desviación estática). Como hemos dicho anteriormente siempre resulta más clarificador dar los datos de transmisibilidad en porcentajes.

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