Amortiguadores para control de ruido y vibraciones

Transcripción

1 Amortiguadores para control de ruido y vibraciones Sísmico Proponiendo soluciones e innovando en tecnologia BR Homologado PETROBRAS

2 El fenómeno sísmico Este brochure presenta de forma concisa los fenómenos sísmicos y las soluciones que Vibtech desarrolla para atender la necesidad de protección de equipos y estructuras. LAS CAUSAS La mayoría de los terremotos ocurre por fricción entre placas tectónicas o en fallas. Con el transcurrir del tiempo, en esta zona de contacto se acumulan tensiones debido al movimiento lento entre estas placas. Estas tensiones, cuando superan el punto de elasticidad, entran en colapso y ocurre una súbita liberación de energía acumulada en un espacio de tiempo muy reducido. PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS SÍSMICAS superficie volumen ondas verticales R Q ondas horizontales P: ondas longitudinales S: ondas transversales La liberación de esta energía se traduce en una generación de ondas originadas en este punto (conocidas como ondas de volumen). Existen varios tipos de ondas: - Onda Primaria (onda P - compresión/descompresión del material) - Onda Secundaria (onda S - cizallamiento del material). Estas ondas se propagan a velocidades diferentes (aproximadamente 7 a 8 km/s para las ondas P, y 4 a 5 km/s para las ondas S). epicentro distancia del epicentro hipocentro LAS VIBRACIONES GENERADAS EN LA SUPERFICIE TERRESTRE En la realidad, los fenómenos son más complejos: la propagación de una onda en un medio heterogéneo genera, para cada discontinuidad, un sistema complejo de ondas reflectadas y refractadas. Por esta razón, a nivel del suelo el movimiento sísmico se presenta como totalmente aleatorio. Con todo, estos movimientos vibratorios presentan características comunes, y algunos parámetros son habitualmente utilizados para describirlos. CARACTERIZACIÓN DE LAS VIBRACIONES SÍSMICAS hipocentro Las ondas de superficie son generadas por las ondas de volumen que llegan a la superficie, podemos distinguir dos tipos: - Ondas de RAYLEIGH, en las cuales los puntos del suelo se mueven siguiendo una elipse vertical. - Ondas de LOVE, en las cuales los puntos del suelo se mueven tangencialmente a la superficie del suelo, perpendicularmente a la dirección de propagación. Las vibraciones de origen sísmico a nivel de superficie terrestre tienen las siguientes características: -Dirección: El movimiento presenta, simultáneamente, componentes verticales y horizontales; - Duración: Habitualmente entre 15 a 30 s, alcanzando los a 120 s en un sismo importante, - Frecuencia: El espectro de las vibraciones es de tipo aleatorio, de banda ancha, entre 1 Hz y 35 Hz, con una mayor concentración de energía en las bajas frecuencias (1 a 10 Hz), - Nivel de Aceleración: No hay replicabilidad entre los sismos. La aceleración en el suelo es generalmente inferior a 0.5 g, pudiendo alcanzar picos de 1 g. Nótese que las amplitudes máximas horizontales son superiores a las amplitudes máximas verticales en una relación aproximada de 150%, para las frecuencias superiores a 3,5 Hz. 2

3 El fenómeno sísmico DEFINICIÓN DE SEVERIDAD En el lugar en que se manifiesta el sismo, se observa la intensidad, esto es el fenómeno percibido por la gente en el recinto. Esta intensidad está clasificada según la escala MERCALLI o MSK (MERCALLI modificada), que intenta representar los daños observados. Este cálculo se efectúa variando los parámetros del modelo, de manera que la frecuencia natural del mismo abarque todo el rango de frecuencia del sismo (típicamente, de 1 Hz a 35 Hz). Habitualmente, el espectro de respuesta está dado por la aceleración horizontal. La aceleración vertical se calcula a partir de este espectro. Otra forma común de cuantificar la importancia del sismo es evaluar su magnitud. Esta magnitud, calculada a partir de registros de sismógrafos en varios puntos, entrega una idea de la energía liberada. La clasificación de la magnitud de un sismo se efectúa de acuerdo a la escala RICHTER. CARACTERIZACIÓN DE LAS VIBRACIONES SÍSMICAS Aceleración Espectral (g) Amortiguamiento 2% 5% 10% La intensidad y la magnitud no son parámetros que pueden ser utilizados para evaluar los riesgos sísmicos de una estructura. La aceleración máxima, calculada a partir de una fórmula normalizada, es un parámetro sencillo de utilizar, no obstante limitado en el estudio del comportamiento más determinado de una estructura sometida a una exigencia sísmica. El acelerograma (evolución de la aceleración en tres direcciones, en función del tiempo), entrega registros sismográficos realizados durante sismos. El acelerograma se utiliza como dato de entrada para realizar ensayos sobre modelos, aunque no se encuentra habitualmente en normas sísmicas. (m/s²) (%) Frecuencia en Hertz LA APROXIMACIÓN AL PROBLEMA SÍSMICO El factor de seguridad es primordial en una obra ubicada en un área sísmica, y esto lleva a diferentes aproximaciones: - Mantener la integridad de la estructura / equipo: Este caso abarca las edificaciones que reciben público o moradores, y los equipos cuya función es muy importante para la vida económica (energía, por ejemplo). En estos casos, la solución propuesta debe garantizar que los daños ocasionados por el sismo no dejarán un edificio en ruinas o impedirán el funcionamiento de un equipo esencial. En este caso hablaremos de aislación sísmica t (s) El espectro de respuesta es un dato utilizado habitualmente para estudios más completos del efecto de un sismo sobre una estructura o un equipo. Este espectro es la compilación de la respuesta máxima de un sistema simple (masa-resorteamortiguador) de un grado de libertad en el acelerograma, - Mantener la fijación del equipo: En este caso, la preocupación es que la fijación del equipo soporte, sin que colapse, un evento sísmico, con el objetivo de que el equipo no sea desplazado en forma peligrosa de su ubicación original. No existe requisito en cuanto al funcionamiento del equipo luego d e h a b e r s i d o s o m e t i d o a l s i s m o. Para esta aplicación, adoptaremos el término de resistencia al sismo. 3

4 AisIación sísmica La aislación sísmica tiene como finalidad proteger la estructura, tornándola parcialmente independiente del movimiento del suelo. Para este fin, se busca fijar esta estructura sobre dispositivos tales que presenten frecuencias naturales por lo menos aquellas que corresponden a los modos excitados por el sismo - que sean significativamente inferiores a las frecuencias naturales de la propia estructura. Además de las frecuencias naturales, en función del amplio espectro de excitación (1 Hz a 35 Hz), el sistema de aislación, al someterse a un sismo responderá en resonancia. Este sistema de aislación d e b e r á p r e s e n t a r u n a c a r a c t e r í s t i c a d e amortiguamiento propio importante, a fin de limitar la respuesta del mismo. Como el movimiento del suelo es preponderante en las direcciones horizontales, y como también las estructuras generalmente tienen menor resistencia a excitaciones en estas direcciones, se deberá tener el mayor cuidado en este aspecto. Este hecho determina las características de rigidez: habitualmente, los sistemas de aislación presentan una flexibilidad horizontal mucho mayor que en la dirección vertical (*). (*) Esto no aplica para equipos con base de fijación estrecha con el centro de gravedad relativamente alto. En este caso, las frecuencias naturales relativas a los dos primeros modos (balanceo) están determinadas principalmente por la rigidez vertical de los aisladores. En resumen, la definición de sistema de aislación requiere además de normas aplicables, un conocimiento da estructura de apoyo en cuanto a su comportamiento ante excitaciones dinámicas, principalmente horizontales. RESISTENCIA AL SISMO Entre los equipos cuyo único requisito sísmico es la seguridad de su fijación, varios entre ellos son fuentes de vibración, y para reducir la transmisión de vibración y ruido que ellos generan hacia la estructura receptora, éstos deben ser instalados sobre aisladores de vibraciones. Las diversas normas sísmicas definen una manera de calcular de forma sencilla las fuerzas sísmicas, verticales y horizontales, en función de varios factores (*). La definición de sistema de fijación de los equipos debe ser adecuada para suportar con seguridad estas fuerzas. (*) Estos coeficientes, definidos en normas, integran habitualmente los siguientes factores: - coeficiente de zona sísmica, - factor de amplificación, - altura del equipo en el edificio, - factor de importancia (vital, esencial, u otro), - otros factores específicos de cada norma sísmica. Estos coeficientes ingresan en una fórmula (de acuerdo a la norma aplicable) y permiten calcular las fuerzas sísmicas verticales y horizontales (fuerza de corte) en función del peso de la estructura. LAS SOLUCIONES PROPUESTAS POR VIBTECH Vibtech tiene una larga experiencia en el control de impacto y vibración para las áreas más diversas (entre otros, industrial, naval, civil y militar), basada inicialmente en la tecnología de Vibrachoc. Algunos de los productos tradicionales de Vibtech/Vibrachoc son, por naturaleza, adaptados para cumplir los requisitos sísmicos, como: - Las almohadillas de hilo de acero inoxidable presentan un alto amortiguamiento propio, soportan ambientes muy diversos (-90 C a +250 C) y mantienen sus características por tiempo indefinido. - Los diversos tipos de compuestos elastoméricos con alto o bajo amortiguamiento, conocimiento desarrollado para aplicaciones exigentes (cumpliendo requisitos militares, entre otros). AISLACIÓN SÍSMICA En este campo, Vibtech califica y suministra, desde hace varios años, aisladores que utilizan almohadillas metálicas para protección de equipos eléctricos de alta tensión. Los aisladores de vibración estándar, en general, no fueron proyectados para soportar los esfuerzos generados por un evento sísmico; es decir, no garantizan la fijación del equipo ante un eventual sismo. Estos equipos poseen habitualmente uno o varios aisladores eléctricos de cerámica de grandes dimensiones que no soportan las cargas horizontales inducidas por un evento sísmico. La mayoría de estos equipos presenta una relación importante entre la altura de su centro de gravedad y el ancho de la base de fijación. 4

5 AisIación sísmica De esta manera, es posible proyectar una suspensión con bajas frecuencias naturales (balanceo) - inferiores a la primera frecuencia natural (flexión) del aislador de cerámica - con alto amortiguamiento (valor típico: 12 %). En los casos más críticos, es posible sustituir las almohadillas metálicas por resortes metálicos bicónicos, y alcanzar un amortiguamiento aún más elevado (valor típico: 17 %). Vibtech desarrolla y suministra aisladores metal-caucho de gran tamaño (capacidad de hasta 300 Tf) para fines acústicos (aislación de teatro o laboratorio). Los requisitos de una aplicación acústica son diferentes de aquellos de una aplicación sísmica, aunque la tecnología de diseño y fabricación son muy similares. La línea de compuestos elastoméricos desarrollados por Vibtech incluye material de alto amortiguamiento, que satisface la necesidad de aplicaciones sísmicas. V V V 3118 Carga estática: 100 a kgf V 318 Carga estática: 250 a kgf PERNO CABEZA HEXAGONAL M REF. 100 Ø17 H 15 H W1" REFERENCIA V V D V V D H mm CARGA Ø13.5 REFERENCIA V 318 V 318 D V 318 T V 19 H mm REF 5

6 AisIación sísmica RESISTENCIA A UN SISMO Vibtech ofrece una línea completa de aisladores (varios inicialmente utilizados en aplicaciones navales) que resisten, por sí mismos, los esfuerzos sísmicos. La línea estándar, aplicada en instalación de confort (línea VAC), no fue proyectada para soportar tales condiciones. Para esto, Vibtech desarrolló una serie de limitadores elásticos (VE10261/2/3/4/5) que, montados en paralelo a los aisladores de la línea VAC, permiten asegurar la conformidad de instalación con la norma aplicable. Los limitadores elásticos no interfieren en la aislación vibratoria proporcionada por los aisladores, es decir, no soportan cualquier carga en operación 'normal'. En caso de sismo, el movimiento del equipo suspendido por los aisladores es controlado por los limitadores elásticos, sin que existan impactos de tipo 'seco', a fin de evitar que el equipo pueda perder su fijación. La selección del tipo y cantidad de limitador se realiza de la siguiente forma: - A partir de la fórmula definida por la norma y de los parámetros aplicables, se calcula la carga sísmica que está en función del peso del equipo suspendido; - Los limitadores se definen de tal manera que la suma de sus capacidades de carga superen la carga sísmica calculada anteriormente. - La cantidad de limitadores por equipo es de un mínimo de tres (03), y habitualmente equivale a la cantidad de aisladores que soportan el equipo. VE a VE Carga 115 kgf a 450kgf VE Carga A D E Ø 13 G Ø75 88 Ø 22(4X) B C F REFERENCIA VE VE VE A B C D , , ,5 E F G VE Carga Ø 22 (4X) 89 6" Ø

7 DEFLEXIÓN 10mm DEFLEXIÓN 20mm Vibtech AisIación sísmica VAC 0( ) X5 VAC 1( ) X5 93 REF. 1/4" W1/2" 65 REF. 182 REF. 150 Ø REF. 1/4" 65 REF. W 1/2" 182 REF. 150 Ø 12 DEFLEXIÓN 10mm COD/IDICE Carga kgf Frec. Natural Hz COD/IDICE Carga kgf Frec. Natural Hz VAC 00 X5 ENC VAC 01 X5 ENC VAC 02 X5 ENC VAC 03 X5 ENC VAC 04 X5 ENC VAC 05 X5 ENC VAC 06 X5 ENC ,5-5,5 VAC 106 X5 ENC VAC 107 X5 ENC VAC 108 X5 ENC VAC 109 X5 ENC VAC 0( ) Y3 VAC 1( ) Y3 95REF 65 REF. W 1/2" 182 REF REF. W 1/2" 182 REF. 150 Ø 12 1/4" 138 REF. Ø 12 1/4" 138 REF. COD/IDICE Carga kgf Frec. Natural Hz COD/IDICE Carga kgf Frec. Natural Hz DEFLEXIÓN 20mm VAC 00 Y3 ENC VAC 01 Y3 ENC VAC 02 Y3 ENC VAC 03 Y3 ENC VAC 04 Y3 ENC VAC 05 Y3 ENC VAC 06 Y3 ENC VAC 106 Y3 ENC VAC 107 Y3 ENC VAC 108 Y3 ENC VAC 109 Y3 ENC

8 Aplicaciones: La Empresa: Desde 1973, una historia de éxitos Vibtech es una empresa del grupo 3ISA, especializada en el control de choque, vibración y en el asentamiento del equipos. Es sucesora, desde 1994, de VIBRACHOC Brasil, filial de la empresa francesa del mismo nombre fundada en 1973, dando continuidad a la fabricación y desarrollo en Brasil de los productos para: industria, construcción civil, naval, off-shore y ferroviario, participando de los más importantes proyectos. Calidad: La cultura de la perfección La matriz VIBRACHOC-Francia, debido a su fuerte actividad en el área aeronáutica, implantó el concepto de calidad en la fabricación de sus productos. Vibtech heredó estos valores, esenciales para cumplir con las exigencias de muchos clientes en el área militar y naval en los años '70 y '80. Esta constante cultura de calidad quedó técnicamente demostrada a partir de mayo de 2001, con la certificación del Sistema de Gestión de Calidad Vibtech por la SGS ICS, de acuerdo a los patrones de la norma ISO SGS ICS, empresa de reconocida competencia, certifica y reconoce el Sistema de Gestión de Calidad de Vibtech como una ventaja que permite que sus procesos, y en consecuencia sus productos, tengan mayor credibilidad, lo que queda demostrado a través de la exportación de sus productos a los Estados Unidos, mercado Sudamericano y Europa. Vibtech Industrial Ltda. Av. Armando Colângelo, n 703 Arujá - SP - Brasil info@vibtech.com.br VIB-TECH 3ISA GROUP Vibrachoc