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Rischio rumore: come isolare e smorzare le vibrazioni delle macchine


L'approfondimento di PuntoSicuro: le macchine trasmettono vibrazioni alle strutture a cui sono collegate e parte dell’energia vibratoria viene irradiata come suono. L’isolamento delle vibrazioni e lo smorzamento delle strutture irradianti.

Nei luoghi di lavoro è necessario controllare ed eventualmente ridurre l’esposizione al rumore di macchine, attrezzature e impianti. Non solo per evitare patologie come l’ipoacusia, una delle malattie professionali più diffuse in Italia, ma anche per realizzare negli ambienti di lavoro ergonomici: il rumore può infatti contribuire all’insorgenza di fenomeni di disturbo e di disagio.
 
Per ridurre l’esposizione al rumore è possibile intervenire sull’emissione sonora delle sorgenti o sulla trasmissione e propagazione del rumore, ad esempio sulla propagazione delle vibrazioni. Le macchine trasmettono infatti vibrazioni alle strutture a cui sono collegate (ad esempio pavimenti, pareti, elementi di montaggio, tubazioni, ...) e parte dell’energia vibratoria viene irradiata come suono.
 
Per affrontare il tema delle vibrazioni e delle misure di prevenzione correlate ci soffermiamo sul contenuto del manuale operativo “Metodologie e interventi tecnici per la riduzione del rumore negli ambienti di lavoro” e delle correlate “Schede di approfondimento”, approvate il 28 novembre 2012 dalla Commissione consultiva Permanente per la salute e sicurezza sul lavoro.
 
Nella “Scheda 13 - Materiali e tecnologie per l’isolamento e lo smorzamento delle vibrazioni” si ricorda che in determinate condizioni “i fenomeni acustici generati dalle vibrazioni meccaniche possono essere rilevanti”.
Dunque per ridurre il rumore emesso da una macchina (o da una qualsiasi struttura) bisogna anche analizzarne le vibrazioni, identificando tutte le frequenze che caratterizzano il sistema vibrante. Tale analisi permette di capire quando, “in una struttura soggetta all’effetto di una forza interna o esterna, si produce un’oscillazione non controllata, detta risonanza” che può provocare effetti indesiderati e danni alla struttura stessa.
 
Per ridurre il rumore prodotto dalle strutture vibranti “(rumore che si trasmette per via aerea e per via solida) i metodi applicabili sono due: l’isolamento delle vibrazioni e lo smorzamento delle strutture irradianti. 
 
L’isolamento delle vibrazioni è “un procedimento con il quale:
- si può ridurre notevolmente la trasmissione delle forze periodiche, casuali o di urto da una macchina (sorgente vibrante) all’ambiente circostante,
- oppure, viceversa, si può attuare la protezione di persone, macchine e strumentazioni sensibili dalle vibrazioni trasmesse dall’ambiente”.
Considerando in questo articolo solo il primo caso, si sottolinea che “gli isolatori vibrazionali (cioè i sistemi di controllo delle vibrazioni) sono costituiti da un sistema massa-molla, la cui risposta dinamica è considerevolmente influenzata dalle caratteristiche della sorgente delle vibrazioni, dalle caratteristiche dinamiche della macchina, dal posizionamento della macchina, dalle caratteristiche degli elementi elastici e smorzanti. La conoscenza dei dati relativi a tali parametri è perciò fondamentale per la scelta e l’efficace applicazione di un isolamento vibrazionale”.
Si indica poi che “l’isolamento antivibrante è l’unica misura efficace in caso di eccitazione nel campo delle basse frequenze, ma è anche efficace in quelli delle medie ed alte frequenze” e si può ottenere sia mediante isolatori (elementi elastici in gomma, soffietti d’aria, molle elicoidali in acciaio, ...), sia mediante strati di materiali elastici.
 
Lo smorzamento delle strutture irradianti consiste invece nel “dissipare l’energia vibratoria intrinseca della struttura sotto forma di calore ed è particolarmente efficace se utilizzato in prossimità della sorgente e quando lo smorzamento originale della struttura è relativamente basso, nel campo delle risposte risonanti”.
Se le macchine, specie quelle più complesse, spesso “hanno già elevate caratteristiche di smorzamento per la presenza di molti meccanismi diversi. La capacità di smorzamento di una struttura può essere aumentata in diversi modi:
- utilizzando uno speciale strato smorzante;
- servendosi dei pannelli a sandwich invece dei pannelli singoli;
- impiegando un pannello supplementare con un numero limitato di punti di collegamento (lo smorzamento si ottiene mediante circolazione di un sottile strato d'aria fra i due pannelli);
- adoperando un materiale con uno smorzamento interno superiore (teflon, materiali plastici,ecc);
- usando ammortizzatori sintonizzati in forma di sistemi smorzati con massa ed elasticità”.
 
Concludiamo questa breve presentazione sul rischio rumore correlato alle vibrazioni, presentando brevemente alcuni elementi utilizzabili per realizzare l’isolamento e lo smorzamento vibrazionale:
 
- pads: sono prodotti “realizzati con diversi tipi di elastomeri, ed anche in sughero e feltro; sono disponibili in diversi spessori e lunghezze e sono molto convenienti poiché, potendo generalmente essere tagliati, hanno la possibilità di assumere praticamente qualsiasi forma. Per ottenere una frequenza propria molto bassa, molti di questi prodotti hanno la capacità di legarsi (unirsi) in strati multipli arrivando ad avere così la rigidezza voluta per l’applicazione”;
 
- sistemi elastomerici: hanno “molte caratteristiche desiderabili che derivano dal fatto che la gomma è essenzialmente un materiale incomprimibile. Mediante le varie possibili configurazioni del prodotto formato (stampato) e collocando opportunamente i componenti rigidi d’acciaio, si può ottenere quasi un ‘range’ infinito di rigidezze in ogni direzione. Si hanno perciò numerose famiglie d’elastomeri, ognuna adatta per un determinato uso e per un determinato ambiente. Due parametri critici che influenzano la durata e le caratteristiche di deformazione (rigidezza e smorzamento) sono la temperatura d’esercizio e l’esposizione a fluidi;
 
- molle: le molle rientrano nei sistemi elastomerici. Sono “elementi costruttivi a deformazione essenzialmente elastica e sono utilizzate come supporto elastico di macchine per l'isolamento da vibrazioni e da urti. Grazie all'ampia flessibilità di progetto, alla facile connessione a parti metalliche, alle numerose combinazioni di materiali possibili, le molle elastomeriche possono adattarsi ad un’ampia gamma di applicazioni. Ogni molla possiede, comunque, una certa massa e un certo smorzamento”. I parametri che influenzano durata, caratteristiche di deformazione e cedimento anelastico (creep) sono: “il materiale della molla e quello dei componenti della mescola; la forma della molla”;
 
- molle metalliche: “per applicazioni che richiedono una più bassa frequenza naturale di quella che si può ottenere con gli elastomeri, spesso come sistema d’isolamento si sceglie una molla metallica a spirale. Utilizzando molle metalliche, si possono ottenere frequenze caratteristiche verticali da 1,4 Hz a 8 Hz. Le molle metalliche sono poco sensibili ai gravosi salti di temperatura, resistono alla maggior parte delle sostanze organiche, hanno rigidezza statica e rigidezza dinamica pressoché uguali e le loro caratteristiche elastiche non cambiano con il tempo. Per l'isolamento vibrazionale delle macchine si usano molle metalliche preferibilmente d’acciaio in forma di fili, di lamine e di barre fabbricate per questo scopo”;
 
- isolatori pneumatici: “quando si ha l’esigenza di isolare un’attrezzatura sensibile ad una frequenza molto bassa, si ricorre ad un isolamento pneumatico per mezzo di molle pneumatiche o isolatori pneumatici che permettono di gestire frequenze intorno ai 0,5 Hertz”. Un isolatore pneumatico “è costituito essenzialmente da: una camera sigillata in pressione riempita di gas (aria); un impianto idraulico per il carico e lo scarico del gas; un diaframma flessibile per il movimento relativo”;
 
- ammortizzatori: “quando si hanno condizioni di risonanza, nel caso di eccitazione periodica, di urti o di eccitazioni aleatorie, per limitare i movimenti dei sistemi supportati elasticamente si utilizzano gli ammortizzatori che trasformano l'energia meccanica in calore. Si hanno essenzialmente due diverse tipologie di sistemi ammortizzanti: gli ammortizzatori ad attrito che realizzano lo smorzamento servendosi dell'attrito fra corpi rigidi” e gli “ammortizzatori a liquido che sfruttano gli scambi energetici che avvengono in un mezzo liquido” o in un mezzo gassoso;
 
- antirombo: con questo termine si definisce una “tipologia di prodotti (composti chimici) il cui utilizzo è volto ad insonorizzare parti metalliche che, entrando in vibrazione, producono fastidiosi rumori”. Le applicazioni principali “sono per il rivestimento a spessore su parti della carrozzeria delle automobili come il cofano, i parafanghi ecc. soggetti a rumorose vibrazioni”. È usato anche “per insonorizzare macchine utensili, cabine di ascensore ed in genere per il rivestimento di manufatti per i quali è richiesta l'insonorizzazione. Generalmente si applica a spruzzo usando una pistola particolare chiamata "antirombo" e dotata di un ugello di grandi dimensioni onde far defluire il prodotto ricco di sostanze isolanti a granulometria elevata”. È bene ricordare che il prodotto antirombo, “essendo un composto chimico, deve essere accompagnato dalla relativa scheda di sicurezza che permette la giusta valutazione dei rischi per la salute e per la sicurezza derivante dalla presenza e dall’uso del prodotto stesso”;
 
- basamenti galleggianti: si utilizzano “per ridurre la trasmissione di rumore da impatto, o per incrementare la perdita di trasmissione sonora attraverso le strutture, ma soprattutto per isolare le vibrazioni prodotte da un’attrezzatura (in genere macchinari di grandi dimensioni quali ad esempio banchi prova, ma anche macchinari con elementi rotanti o comunque con superfici vibranti)”. Sono possibili “diverse tipologie di realizzazione a seconda delle applicazioni” e si va dai basamenti più semplici, “costituiti da piani rialzati rispetto il livello precedente di calpestio con l’applicazione superficiale di rivestimenti fonoisolanti, a quelli più complessi dove si realizza una vera e propria sospensione del basamento con l’interposizione tra il basamento stesso e la struttura di sistemi ammortizzanti”.
 
Commissione Consultiva Permanente per la salute e sicurezza sul lavoro - documento approvato nella seduta del 28 novembre 2012 - Metodologie e interventi tecnici per la riduzione del rumore negli ambienti di lavoro - Schede di approfondimento
 
A cura della redazione di PuntoSicuro

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