UNE 100153 IN informe UNE

Noviembre 2004 TTULO

Climatizacin Soportes antivibratorios Criterios de seleccin Air conditioning. Vibration isolators. Design criteria. Climatisation. Support antivibration. Critres de calcul.

CORRESPONDENCIA

OBSERVACIONES

Este informe anula y sustituye al Informe Tcnico UNE 100153 IN de febrero de 1988.

ANTECEDENTES

Este informe ha sido elaborado por el comit tcnico AEN/CTN 100 Climatizacin cuya Secretara desempea AFEC.

Editada e impresa por AENOR Depsito legal: M 47758:2004

LAS OBSERVACIONES A ESTE DOCUMENTO HAN DE DIRIGIRSE A:

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Grupo 5

S

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1 OBJETO Y CAMPO DE APLICACIN

Este informe UNE tiene por objeto establecer los criterios a seguir para la eleccin de los soportes elsticos a instalar entre equipos y conducciones con movimientos vibratorios, de un lado, y, de otro lado, la estructura del edificio, a fin de reducir la transmisin de vibraciones y ruidos. Queda excluido el estudio de losas flotantes, apoyadas sobre soportes elsticos constituidos por planchas de corcho o por tacos de fibra de vidrio precomprimido. Este informe UNE es de aplicacin para todos los equipos y conducciones que forman parte de los sistemas de climatizacin destinados al bienestar de las personas. 2 SMBOLOS, UNIDADES Y DEFINICIONES

Un soporte antivibratorio se denomina amortiguador cuando la energa mecnica producida por una mquina en movimiento se transforma en calor y aislador cuando la energa mecnica se restituye ntegramente en la misma forma, sin que tenga lugar transformacin en calor. Un soporte antivibratorio puede tambin estar constituido por la combinacin de un amortiguador y un aislador. El efecto de amortiguacin es despreciable solamente en soportes elsticos de muelle de acero; otros tipos de soportes, de goma, neopreno, corcho, fieltro, elastmeros y neumticos, tienen una componente de amortiguacin mayor que la de los muelles de acero. En las tablas 1, 2, 3 y 4 se indican los smbolos y definiciones relativos a los elementos que constituyen un soporte elstico y la estructura de un edificio.

Tabla 1 Smbolos, unidades y definiciones relativas a soportes antivibratorios

Smbolo Unidad Definicin

A mm Amplitud de la onda vibratoria de pico a pico d mm Deflexin esttica de un soporte antivibrador fn Hz (s-1) Frecuencia natural de un soporte antivibrador R N/mm Rigidez de un soporte o de un forjado1) r s-1 Velocidad de rotacin de una mquina T

Transmitancia, relacin entre fuerza transmitida y fuerza perturbadora 1) Se distingue entre rigidez esttica, definida como relacin entre el peso de la mquina y la consecuente deflexin del soporte, y rigidez dinmica,

relacin entre la fuerza de excitacin y el consecuente desplazamiento del soporte. Los valores de las rigideces esttica y dinmica coinciden solamente en el caso de un soporte cuya curva representativa de la deflexin en funcin de la carga sea de tipo lineal (por ejemplo: muelle de acero).

En lo que sigue se har referencia a la rigidez esttica de un soporte antivibratorio o de un elemento estructural.

Tabla 2 Smbolos y definiciones relativos al elemento estructural sobre el que apoya una mquina

S Solera sobre terreno

F6 Forjado con luz entre apoyos de hasta 6 m F9 Forjado con luz entre apoyos de 6 a 9 m

F12 Forjado con luz entre apoyos de 9 a 12 m F15 Forjado con luz entre apoyos de 12 a 15 m

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Tabla 3 Smbolos y definiciones relativos a los soportes antivibratorios, todos del tipo aislador-amortiguador

AG De goma, neopreno o de fibra de vidrio precomprimida AM De muelle AL De muelle con limitacin de carrera vertical para compensar las variaciones de peso del equipo

y/o la accin del viento y/o protegerse contra los riesgos de la resonancia

Tabla 4 Smbolos y definiciones relativos a la bancada (o base) interpuesta entre la mquina en movimiento y el forjado

SB Sin bancada BA Bancada de perfiles normalizados de acero BH Bancada de hormign reforzado con armadura y perfiles

3 GENERALIDADES

Los equipos utilizados en los sistemas de climatizacin, cuando estn montados rgidamente sobre la estructura del edificio, deben transmitir ntegramente a sta las fuerzas de excitacin creadas por las piezas en movimiento (por desalineacin, desequilibrado, fuerzas vivas, etc.), provocando la vibracin de la estructura y, cuando la frecuencia est dentro del campo de audicin, ruidos. El nivel de vibraciones transmitidas a la estructura puede reducirse a una fraccin del nivel original, nunca eliminarse totalmente, interponiendo elementos elsticos entre el equipo en movimiento y la estructura de soporte. Para que el nivel de vibracin transmitida est debajo de lmites aceptables es necesario, en primer lugar, que el nivel generado por el equipo sea amortiguado. De acuerdo con pruebas experimentales efectuadas sobre equipos de climatizacin, la amplitud mxima permitida del desplazamiento provocado por la vibracin, de pico a pico, tomada sobre los rodamientos o, cuando stos sean inaccesibles, sobre la estructura de la mquina, para equipos funcionando en rgimen permanente, no debe superar los valores indicados en la tabla 5.

Tabla 5 Amplitud mxima de la vibracin (pico a pico)

Tipo de equipo A (mm)

Bombas 1 500 rpm 3 000 rpm

0,05 0,025

Ventiladores menos de 600 rpm de 600 rpm a 1 000 rpm de 1 000 rpm a 2 000 rpm ms de 2 000 rpm

0,1 0,075 0,05 0,025

Compresores centrfugos alternativos

0,025 0,2

Cuando se superen los niveles arriba indicados, se debe corregir el equilibrado del rotor, la alineacin entre motor y mquina movida y/o las vibraciones creadas por rodamientos, transmisiones por correas, fuerzas electromagnticas, etc.

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4 TEORA DE LAS VIBRACIONES

El estudio de la transmisin de las vibraciones implica el conocimiento de una serie de parmetros, como: intensidad, frecuencia y direccin de la fuerza perturbadora; rigidez del soporte antivibratorio; modos de vibracin del sistema, a lo largo y alrededor de los tres ejes ortogonales; frecuencia natural y rigidez de la estructura de apoyo. La solucin del problema consiste en hallar las ecuaciones de la transmitancia y del desplazamiento del equipo y la estructura de apoyo. La dificultad de la resolucin del problema por va analtica estriba sobre todo en el conocimiento previo de las caractersticas elsticas del forjado sobre el que apoya el equipo, que dependen no solamente de la luz entre apoyos, sino tambin de su composicin y espesor. El estudio de las ecuaciones, que aqu no se reproducen por no tener inters prctico, conduce a las siguientes conclusiones de carcter cualitativo: la eficiencia del aislamiento es funcin de la relacin entre frecuencia perturbadora y frecuencia natural del sistema

soporte-mquina; la masa del equipo no tiene efecto sobre la transmitancia; la rigidez del soporte elstico debe ser menor que 0,1 veces la rigidez de la estructura de apoyo; para evitar problemas de resonancia, la frecuencia perturbadora no debe ser igual o cercana al valor de la frecuencia

natural del sistema soporte-mquina y del forjado; en todo caso, la relacin frecuencia perturbadora/frecuencia natural debe ser mayor que 1,41;

para que la eficiencia de aislamiento sea mayor que 90% es necesario que la relacin entre frecuencia perturbadora y

frecuencia natural del sistema soporte-mquina sea mayor que 4. Para aisladores de muelle de acero de tipo lineal (aislador puro) la relacin entre frecuencia natural y deflexin puede expresarse por medio de la siguiente ecuacin:

fn = 15,79/(d)1/2 o, si se expresa la deflexin en metros:

fn = 0,5/(d)1/2 5 BANCADAS

Los soportes elsticos pueden instalarse directamente sobre los soportes del equipo o bien sobre una bancada a la que se fija directa y rgidamente el equipo. La primera solucin es aplicable solamente para equipos pequeos y compactos, dotados de una estructura suficientemente rgida. Sin embargo, las bancadas separadas deben usarse cuando el equipo no posea una base propia suficientemente rgida o se necesite la alineacin de sus componentes (por ejemplo, motor y ventilador, motor y bomba).

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El empleo de las bancadas presenta, adems, las siguientes ventajas: eleccin de la situacin de los soportes de manera que se aumente la estabilidad de la mquina por bajar el

baricentro y ampliar la base de apoyo; incremento de la masa soportada, que impone el uso de soportes elsticos ms rgidos, con lo cual se disminuye la

amplitud de la oscilacin (importante para las conexiones de conductos, tuberas y elctricas); mejora de la uniformidad de la distribucin de peso sobre los soportes; reduccin de los efectos de las fuerzas externas. Las bancadas deben tener suficiente rigidez como para resistir los esfuerzos causados por el funcionamiento del equipo, particularmente durante los arranques. A igualdad de caractersticas constructivas, la rigidez depende, nicamente, de su espesor. Las dimensiones en planta, sin embargo, guardan estrecha relacin con las de la base del equipo que deben soportar, concretamente con las distancias entre puntos de anclaje, que suministra el fabricante. Las bancadas pueden ser de perfiles de acero o de hormign reforzado con armaduras. Las bancadas de hormign tienen una altura igual a un dcimo de la distancia mxima entre aisladores, con un mnimo de 150 mm y un mximo de 300 mm. Las bancadas de acero deben construirse con perfiles normalizados y tener una altura igual a un dcimo de la distancia mxima entre soportes elsticos, con un mnimo de 100 mm y un mximo de 300 mm. 6 AISLAMIENTO DE LAS VIBRACIONES

En la tabla 6 se indican las deflexiones mnimas (expresadas en milmetros) de los soportes antivibratorios que deben instalarse entre la base o bancada del equipo y la estructura de soporte, para distintos tipos de equipos, diferenciados, adems, segn su potencia o velocidad de giro, en funcin de la luz de la estructura sobre la que se apoyan. Estas deflexiones, que han sido determinadas mediante un clculo terico convalidado por ensayos prcticos, tienen en cuenta el comportamiento de un forjado de caractersticas elsticas (por ejemplo, un forjado de viguetas de hormign y bovedillas cermicas, calculado con una flecha de 1/500 de la luz). Los valores de reflexin indicados permiten obtener eficiencias de aislamiento superiores al 90% y solucionan de forma satisfactoria los problemas de vibracin comunmente encontrados en la prctica en los sistemas de climatizacin, para luces de forjados de hasta 15 m. Cuando se supere este lmite o se trate de una estructura ligera y/o de maquinaria situada cerca de zonas crticas del edificio, es decir muy sensibles a las vibraciones y ruidos asociados, el proyectista debe estudiar el problema aplicando las oportunas ecuaciones. Antes de la cifra indicativa y de la deflexin se indican, respectivamente, los tipos de bancada y de soporte elstico. Las cinco ternas representan las estructuras de apoyo denominadas S, F6, F9, F12 y F15, respectivamente (vase el captulo 2).

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Tabla 6 Soportes antivibratorios segn el tipo de la mquina

Bombas de bancada

1 Con acoplamiento rgido 5,5 kW > 7,5 kW

BA-AG-6 BH-AM-20

BH-AM-20 BH-AM-25

BH-AM-20 BH-AM-40

BH-AM-20 BH-AM-40

BH-AM-25 BH-AM-60

2 Con acoplamiento elstico (incluso por correas) 30 kW 37 a 75 kW 75 a 93 kW > 110 kW

BH-AM-20 BH-AM-20 BH-AL-20

1)

BH-AM-25 BH-AM-25 BH-AL-25

BH-AM-40 BH-AM-45 BH-AL-45

BH-AM-40 BH-AM-60 BH-AL-60

BH-AM-45 BH-AM-80 BH-AL-80

Ventiladores y unidades de tratamiento de aire2) 3)

1 Ventiladores centrfugos

1.1 Hasta 550 mm de dimetro de rodete SB-AG-6 BA-AM-20 BA-AM-20 BA-AM-20 BA-AM-25

1.2 De 600 mm de dimetro de rodete en adelante

1.2.1 Hasta 37 kW < 300 rpm 300 - 500 rpm > 500 rpm

4) BA-AM-40 BA-AM-20

BA-AM-40 BA-AM-20

BA-AM-50 BA-AM-30

BA-AM-60 BA-AM-40

BA-AM-70 BA-AM-60

1.2.2 De ms de 37 kW < 300 rpm 300 - 500 rpm > 500 rpm

4)

BA-AM-20 BA-AM-20

BH-AM-40 BH-AM-40

BH-AM-60 BH-AM-50

BH-AM-70 BH-AM-90

BH-AM-90 BH-AM-90

2 Ventiladores axiales

2.1 Hasta 550 mm de dimetro de rodete SB-AG-6 BA-AM-20 BA-AM-20 BA-AM-30 BA-AM-40

2.2 De 600 mm de dimetro de rodete en adelante

2.2.1 Hasta 37 kW < 300 rpm 300 - 500 rpm > 500 rpm

4) BA-AM-20 BA-AM-20

BH-AM-40 BH-AM-40

BH-AM-60 BH-AM-40

BH-AM-65 BH-AM-50

BH-AM-70 BH-AM-65

2.2.2 De ms de 37 kW 1)

Unidades climatizadoras compactas4) 5)

7,5 kW > 7,5 kW

SB-AG-6 SB-AG-6

SB-AM-20 SB-AM-20

SB-AM-20 SB-AM-30

SB-AM-30 SB-AM-40

SB-AM-40 SB-AM-40

(Contina)

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Tabla 6 (Fin) Soportes antivibratorios segn el tipo de la mquina

Maquinaria frigorfica

1 Con compresores alternativos SB-AG-6 SB-AL-20 SB-AL-40 SB-AL-60 SB-AL-70 2 Con compresores centrfugos hermticos SB-AG-6 SB-AL-20 SB-AL-40 SB-AL-40 SB-AL-50 3 Con compresores centrfugos abiertos BH-AG-6 BH-AL-20 BH-AL-40 BH-AL-50 BH-AL-60 4 Con compresores de tornillo SB-AG-6 BH-AL-20 BH-AL-40 BH-AL-50 BH-AL-60 5 De absorcin SB-AG-6 SB-AL-20 SB-AL-30 SB-AL-40 SB-AL-40 6 Motocompresores alternativos BH-AM-20 BH-AM-20 BH-AM-40 BH-AM-50 BH-AM-70

Torres de refrigeracin y condensadores < 300 rpm 300 - 500 rpm > 500 rpm

4)

SB-AG-6 SB-AG-6

SB-AL-60 SB-AL-20

SB-AL-60 SB-AL-30

SB-AL-70 SB-AL-40

SB-AL-90 SB-AL-60

Compresores de aire6) 1 Montados sobre tanques 7,5 kW > 7,5 kW

SB-AM-20 SB-AM-20

SB-AM-20 BH-AM-20

SB-AM-40 BH-AM-40

SB-AM-60 BH-AM-60

SB-AM-70 BH-AM-70

2 Montados sobre base < 300 rpm 300 - 500 rpm > 500 rpm

4) BH-AM-20 BH-AM-20

BH-AM-20 BH-AM-30

BH-AM-30 BH-AM-40

BH-AM-40 BH-AM-50

BH-AM-40 BH-AM-50

Equipos movidos por motores de combustin interna < 18,5 kW 18,5 - 75 kW > 75 kW

BH-AG-10 BH-AG-10 BH-AG-10

BH-AM-20 BH-AM-45 BH-AM-60

BH-AM-45 BH-AM-60 BH-AM-90

BH-AM-60 BH-AM-90

1)

BH-AM-60 BH-AM-90

NOTAS 1 Es necesario efectuar un estudio en colaboracin con el fabricante. 2 La unin a la red de conductos deber hacerse por medio de conexiones flexibles. 3 Cuando los ventiladores sean de las clases 2 y 3 se recomienda el uso de bancadas de hormign para permitir la utilizacin de muelles ms

rgidos. 4 Para mquinas con menos de 300 rpm la deflexin del amortiguador debe ser igual o mayor que la de la siguiente ecuacin:

2947

24d

r=

que procede de la ecuacin del captulo 4 en la que se impone una frecuencia natural igual al 40% de la velocidad de rotacin de la mquina. 5 Las unidades de cubierta (roof-top) se montarn, sin bancada adicional, sobre soportes de muelle dimensionados para una deflexin mayor o

igual a 15 veces la del forjado de cubierta, que no podr ser mayor que 5 mm bajo el peso de la mquina. 6 La masa de la base de hormign, cuando se requiera, ser igual, al menos, a la de la mquina.

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Cuando exista la posibilidad de apoyar una mquina sobre el terreno, en el exterior o en un stano, directamente (por ejemplo, torres de refrigeracin) o a travs de un bloque de hormign armado (por ejemplo, maquinaria frigorfica), podr no ser necesaria la instalacin de soportes antivibratorios, siempre que el fabricante no los exija para proteccin de la propia mquina. En estos casos, la mquina se apoyar sobre un bloque de hormign, cuya masa debe ser de una a dos veces la de la mquina y no debe estar en contacto con la estructura del edificio. 7 TUBERAS

Las conexiones flexibles de las tuberas sirven para una o varias de las siguientes funciones: dar flexibilidad a las tuberas de manera que los soportes antivibratorios de los equipos trabajen correctamente; proteger los equipos de los esfuerzos producidos por desalineacin y/o contraccin y dilatacin de las tuberas; reducir la transmisin de vibraciones y ruidos a las tuberas y, de sta, a la estructura del edificio. Los conectores flexibles pueden ser manguitos de goma o de metal trenzado o juntas de expansin de goma o politetrafluoretileno y deben elegirse en funcin de la presin y temperatura de trabajo del fluido. Los manguitos deben tener, en funcin del dimetro de la tubera, las longitudes mnimas indicadas en la tabla 7.

Tabla 7 Longitudes mnimas de conectores flexibles

Dimetro

(mm) Longitud

(mm) hasta 65 inclusive

de 80 a 100 inclusive

de 125 a 250 inclusive

de 300 en adelante

300

400

600

900

En general, los conectores flexibles son incapaces de reducir la transmisin de ruidos a travs del fluido. Adems, los conectores de material flexible no metlico se vuelven rgidos cuando la presin de trabajo del fluido es elevada y, en consecuencia, disminuye su capacidad de aislamiento. En estos casos y cuando la sala de mquina est cerca de reas sensibles, es necesario que las tuberas estn soportadas elsticamente por medio de muelles y/o gomas, al igual que cuando las tuberas deban conectarse a mquinas que apoyan sobre soportes antivibratorios. Los soportes de estas tuberas deben elegirse con una deflexin igual o mayor que la de los soportes antivibratorios del equipo al que se conectan y, al menos, se instalarn en toda la sala de mquinas. Las tuberas no deben nunca ejercer esfuerzos sobre la maquinaria a la que estn conectadas. En ningn caso debe permitirse el contacto directo entre el material metlico de la tubera y el del soporte.

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8 CONDUCTOS

Los conductos deben conectarse a los ventiladores o unidades de tratamiento de aire por medio de conexiones flexibles de tejido y/o goma. Cuando la presin esttica a la descarga del ventilador sea mayor que 500 Pa deben instalarse, en paralelo a la conexin flexible, muelles tensores que impidan que la misma se convierta en un elemento rgido. La reduccin de la transmisin de las vibraciones producidas por las pulsaciones de las palas del ventilador y transmitidas por el aire a las paredes de los conductos se obtendr utilizando soportes elsticos de muelle y/o goma, cuando el conducto pase cerca de reas sensibles. 9 DATOS DE SELECCIN

Para seleccionar correctamente un soporte antivibratorio es necesario establecer la deflexin y calcular el peso del equipo que acta sobre el mismo. Con estos datos se puede entrar en las tablas que suministra el fabricante y elegir el soporte antivibratorio que, bajo ese peso, tenga una deflexin igual o mayor que la requerida. Si el peso de la mquina, con su eventual bancada, no fuera igual sobre los soportes, stos deben elegirse de manera que las deflexiones a las diferentes cargas sean mayores que la mnima exigida y aproximadamente iguales entre s, para mantener la horizontalidad de la mquina. Cuando, debido a la complejidad del problema, la eleccin del soporte elstico deba hacerse a travs del clculo, se proceder de la siguiente manera: se halla la frecuencia mnima de la fuerza vibratoria; se escoge el valor de la frecuencia natural que satisfaga el factor de transmisin que se desea conseguir; se determina la deflexin esttica de los soportes; se elige el nmero de soportes y la carga esttica que grava sobre cada uno; se elige el tipo soporte sobre la base de los datos de catlogo del fabricante.

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