Patologías Vibro-acústicas (Parte l)

Instalaciones Térmicas en edificios. 

El Este artículo sobre Patologías Vibro-acústicas, presentamos los casos de anomalías más comunes de transmisión de vibraciones provocadas por instalaciones térmicas que inducen posteriormente ruido estructural afectando a la calidad de vida de los individuos. Debido a que estas son relativamente frecuentes en diversas tipologías de máquinas e instalaciones, podemos establecer un cuadro de causas y efectos más característicos. Es por ello la justificación de adoptar el término médico de “patologías”.

En la Parte l y ll de este artículo en nuestro blog, veremos conceptos teóricos y recomendaciones a tomar,  veremos instalaciones reales  que ilustran las patologías más representativas, dando a conocer las soluciones adoptadas según sea el caso. Entre ellas:

  • Plantas enfriadoras sobre estructuras metálicas.
  • Instalaciones de grupos de presión.
  • Centrales frigoríficas de centros comerciales.
  • Pequeñas instalaciones en actividades comerciales de alimentación y restauración.
instalaciones térmicas en edificios

1.- Patologías Vibro-acústicas: EVOLUCIÓN POR NECESIDAD:

A lo largo de estos últimos 16 años que llevo de profesión, las técnicas de aislamiento en vibraciones han evolucionado paralelamente a las técnicas de la instalaciones térmicas. No olvidemos que en tiempos pasados la calidad de las instalaciones era inferior y menos compleja a las que demandan en la actualidad, este hecho puede imputarse a las mayores exigencias que se imponen actualmente debido a la creciente importancia que se da al concepto de bienestar.  

Tengamos presente que en los inicios de la climatización artificial, el confort ambiental de los espacios interiores se limitaba solamente al control de la variable temperatura. Gracias a los trabajos de Ole P. Fanger, demostraron que para  definir un modelo de bienestar ambiental es necesario el uso de otras variables como son la humedad relativa, velocidad del aire, pureza del mismo, temperatura radiante de los paramentos de las viviendas, inclusive el tener en cuenta las características y grueso de la vestimenta de los ocupantes.  

Por tanto llevar a cabo con éxito la implementación de sistemas de climatización acordes al cumplimiento de estas variables derivará obligatóriamente a adoptar medidas de aislamiento y control vibroacústico de los elementos mecánicos en régimen dinámico que lo compongan, ya que en caso contrario alterarán las condiciones ambientales de confort.

Ahora en la actualidad es ocasional ver cualquier instalación térmica que no  posea incorporado  cualquier tipo de montaje antivibratorio en alguno de sus equipos, venga indicado ya desde proyecto o bien incluido como accesorio del propio fabricante de  los equipos o adoptado bajo criterio del propio jefe técnico responsable de la instalación.

Por tanto podemos decir que en la actualidad las patologías derivan fundamentalmente de la adopción errónea o parcial de medidas de aislamiento y control vibroacústico que de una carencia total de las mismas.

patologías de vibraciones en edificios

 

2.- AISLAR BIEN LAS VIBRACIONES POR PATOLOGÍAS VIBRO-ACÚSTICAS:

-“ …El vecino de arriba pone en funcionamiento el aire acondicionado. Un aparato, colgado del muro, produce un sonido insistente y molestas vibraciones. No descansamos. Llamo al juzgado de guardia y vienen con un sonómetro a medir decibelios.  ¿Esperan escuchar una ambulancia? Esos aparatos no miden vibraciones….. y créanme por definición el sonido es movimiento vibratorio”.

Antonio Lluch López-Barcelona  Los lectores denuncian LA VANGUARDIA 25/2/98

Esta patología típica pone de manifiesto que si eliminamos la transmisión de vibraciones reduciremos las emisiones de ruido estructural.


aislar vibraciones

Ya no basta con colocar cualquier “ goma “ o cualquier elemento elástico, sino por el contrario debemos  “aislar adecuadamente las vibraciones” es por ello necesario el conocimiento de las técnicas sobre aislamiento y control de vibraciones mecánicas que pueden posteriormente inducir emisión de ruido estructural, es decir hablamos de la “Vibroacústica”.  

Tengamos presente que la figura del consultor acústico o de cualquier técnico acreditado de esta disciplina, será cada vez más familiar tenerla presente tanto a la hora de realizar el proyecto de instalación como  en el momento de su ejecución, puesto que las Ordenanzas municipales y las licencias de actividad y legalización de cualquier instalación requerirá de un informe acústico que justifique y valide las actuaciones realizadas.

Antes de entrar en materia es conveniente aclarar ciertos conceptos teóricos que se complementan a los citados en la ponencia anteriormente citada en la introducción (1) y que nos pueden ayudar a entender mejor el fenómeno y especialmente la forma de cómo poder  actuar en consecuencia.patologías vibro-acústicas

2.1.- Introducción al fenómeno vibratorio:

En el diseño de máquinas y mecanismos partimos de premisas inciertas en la realidad. Por un lado podemos decir que una máquina ideal no produce vibraciones puesto que toda la energía absorbida se emplea en el trabajo a realizar.  Por otro el movimiento se transmite desde el eslabón conductor al órgano de trabajo mediante mecanismos transmisores que en el estudio cinemático y dinámico los contemplamos como un conjunto de elementos y miembros rígidos e indeformables, enlazados entre sí.

Pero en realidad la transmisión de fuerzas y pares de  unos mecanismos a otros generan perturbaciones dinámicas variables en el tiempo, debido por un lado a la propia inercia de los mismos y por otra a que en realidad todos los cuerpos son elásticos y por tanto  se deforman en mayor o menor grado por dichas acciones, disipando parte de la energía motriz.Estas perturbaciones dinámicas como ya puede uno suponer son las VIBRACIONES,  persistentes en el tiempo e IMPACTOS si son puntuales en un diferencial de tiempo.

Efectivamente todos los cuerpos son capaces de vibrar debido a que poseen inercia y flexibilidad, por ello al  deformarse lo realizarán alrededor de su posición de equilibrio durante más o menos tiempo, dependiendo del amortiguamiento de los mismos.

En esta fase de amortiguamiento una parte se degradará en calor y otra se irradiará en forma de sonido que en la gama audible generará “ruido” que al propagarse por superficies vibrantes dará lugar a un ruido estructural característico.

2.1.1 – Tipos de Fuerzas Perturbadoras:

Las fuerzas que producen perturbadoras dinámicas en una máquina son muy diversas, por ejemplo podemos citar las siguientes :

  • Fuerzas de Impacto entre componentes, asentamiento incorrecto de alguno de los apoyos de la máquina al suelo generando un golpeteo continuo, etc.
  • Fuerzas de Rozamiento: La mala lubricación, descentrajes o malos ajustes   generan fricciones. En ocasiones las fricciones transitorias producen severas vibraciones que en la gama audible se manifiestan como “castañeteo”  o “chirrido de frenos”.
  • Frerzas electromagnéticas como los que generan los motores eléctricos o centrales transformadoras (fenómenos de magnetostricción).
  • Fuerzas inestables de interacción mecánica, como las que se producen entre engranajes cruzados o en rodamientos de bolas.
  • Fuerzas debido a la interacción fluido-estructura. Cuando son fruto de la interacción de movimientos estructurales con fuerzas fluidas asociadas a la expansión del vórtice a partir de la estructura.
  • No hay que olvidar por otro lado que a medida que la máquina funcione en el transcurso del tiempo se producirán otras fuerzas añadidas a las anteriores; desequilibrios, desalineaciones, deformación de estructuras de máquinas por asentamiento en soportaciones con falta de planitud, aflojamiento de pernos y fijaciones, desgaste de componentes aumentando el juego de los ajuste existente entre ellos etc. Estas provocarán cambios en sus propiedades dinámicas, lo que denominamos habitualmente ..”proceso de envejecimiento”.fuerzas-perturbadoras

Por tanto generalmente los niveles vibratorios aumentarán progresivamente, incluso pueden llegar de forma súbita con niveles muy elevados debido a la presencia de resonancias. Algunas veces fáciles de detectar por emitir sonidos característicos y muy familiares para el técnico como: castañeo de rodamientos, chirridos, cabeceos, etc.

Estableciendo el símil de forma que las fuerzas perturbadoras son una patología de la máquina, su manifestación más inmediata es la presencia de un incremento del nivel de vibración como la subida de fiebre en una persona al haber contraído una enfermedad. Dada esta situación es necesario aplicar técnicas adecuadas de control y aislamiento.

Así los niveles vibratorios serán bajos en una máquina si partimos de un buen diseño y es por ello que el estudio elasto dinámico de las mismas sea cada vez más importante ya que afecta tanto a su funcionalidad como a su integridad.

2.2. – Óptica  a  tratar en las actuaciones de Aislamiento de Vibraciones.

Las técnicas de aislamiento de vibraciones como ya sabemos se basan en realizar uniones elásticas entre  las máquinas y cualquier componente de la instalación térmica al forjado del edificio, con la particularidad que  la rigidez y masa de estos elementos elásticos antivibratorios, sean completamente diferentes de los que posee la instalación en general y la estructura de apoyo.

El cálculo y selección adecuado del montaje antivibratorio podrá conseguir que la  discontinuidad creada sea más o menos grande en función de la efectividad de degradación por fenómenos de disipación de la energía vibratoria incidente o bien por interposición de las fuerzas periódicas perturbadoras a partir de sistemas de almacenamiento de energía, que la retornará a su origen.
Ello implica un cambio de visión hiperestático que  contempla nudos fuertemente rígidos por estructuras isostáticas elásticamente independientes.  Debemos acostumbrarnos a ver  y comprobar como por ejemplo una planta enfriadora o bomba de calor se balancea al ser empujada por nosotros para así constatar que la actuación es correcta.

2.2.1. – Fuente- Medio- Receptor.

Resulta útil contemplar un problema de transmisión de vibraciones en términos de los tres elementos que intervienen en la emisión de una señal tal como se muestra esquemáticamente adaptado al modelo mecánico masa-muelle sería:

Interacion entre medio y recepto

 

Interacción entre Fuente y Medio:

La máquina es la fuente generadora de las vibraciones, que está unida al suelo o la estructura soporte, mediante elementos de fijación o apoyos por tanto para maximizar la eficacia del aislamiento vibratorio debemos siempre  actuar lo más cercano posible a dicha fuente sin olvidar que están intercomunicadas por prolongados ramales de tuberías que de igual modo deben aislarse puesto que son fuente secundaria de transmisión.

De esto se deduce que es desacertado plantearse únicamente en el diseño de una instalación la tendencia de buscar únicamente la máquina con los niveles de potencia sonora y vibratoria más bajos, descuidando diseñar el emplazamiento adecuado para evitar transmisiones indeseables.

Es preciso saber conjugar estos dos elementos a priori puesto que realizar medidas correctoras posteriores supone en muchos casos no obtener los resultados acordes a las expectativas esperadas, además de haber ocasionado un coste muchísimo más elevado que de haberlo  previsto correctamente.

Interacción entre Medio y Receptor:

Cuando más alejado coloquemos el receptor, el camino de transmisión se extiende más desde la fuente y así favorecemos la “dispersión” de la energía vibratoria y por tanto lo alcanzará con menos energía.

Por ello conviene colocar las máquinas alejadas de zonas potencialmente críticas para conseguir mayor atenuación natural de la vibración.

Pero además, el medio estructural de un edificio no es homogéneo al igual que el aire y por tanto pueden aparecer fenómenos de resonancia estructural con algún modo de vibración y esto depende principalmente de la manera en que las estructuras se hallan ancladas en sus extremos, ya sea simplemente apoyadas, empotradas o con ambos tipos de anclaje.

2.3. –Determinación de la eficacia del aislamiento vibratorio.

La norma UNE 100-153 / 88 incluida en la Instrucción técnica ITE 0.2.2.3  determina un criterio para conseguir un adecuado aislamiento de vibraciones. Pero para solventar posibles patologías vibroacústicas es recomendable ajustarse a los valores de aislamiento vibratorio indicados en la tabla siguiente:

aislamiento vibratorio

Autor:  Rafael Torres del Castillo.

Máster en Acústica Arquitectónica y MedioAmbiental por Ingeniería La Salle (Universidad Ramón Llull),  Miembro de la Sociedad Española de Acústica (Instituto de Acústica C.S.I.C.), Director Técnico de VIBCON.