Associazione Italiana di Acustica 41 Convegno Nazionale Pisa, 17-19 giugno 2014 CONTROLLO DI VIBRAZIONI EMESSE DAL FUNZIONAMENTO DI LAVABIANCHERIE Amelia Trematerra, Giuseppina Iuliano, Gino Iannace Dipartimento di Architettura e Disegno Industriale Seconda Università di Napoli Borgo San Lorenzo, 81031, Aversa (Ce) 1. Introduzione Nella ricerca del benessere acustico, all interno di ambienti confinati, siano essi domestici o lavorativi, è importante limitare la presenza di sorgenti di rumore indesiderate che possano arrecare disturbo agli occupanti. Tra gli elettrodomestici presenti nelle abitazioni, i dispositivi di lavaggio rappresentano una delle sorgenti di rumore più significative. Il presente lavoro ha per oggetto la caratterizzazione acustica di un dispositivo di lavaggio ad uso domestico, al fine di limitarne l emissione di rumore, senza intervenire in maniera incisiva, ovvero senza modificarne il design o il processo produttivo. Un unità di lavabiancheria costituisce una fonte di rumore poiché le emissioni hanno diversa origine: aerodinamica, meccanica ed elettromagnetica. Le indagini sulla lavabiancheria e la relativa campagna di misure hanno avuto come obiettivo quello di individuare le cause che generano rumore, al fine di valutare possibili soluzioni da adottare. Sono state eseguite misure in campo libero dei livelli di pressione sonora emessa dalla lavabiancheria durante il funzionamento e misure di vibrazioni con l impiego di accelerometri per individuare le zone di massima emissione sonora. Nel presente lavoro sono riportate misure di vibrazione emesse da una lavabiancheria e il conseguente controllo. Le misure sono state eseguite utilizzando un martello per l eccitazione e per la ripresa delle vibrazioni è stato utilizzato un accelerometro applicato in punti diversi della superficie esterna della lavabiancheria. 2. Gli elettrodomestici: la lavatrice La lavabiancheria è l elettrodomestico che maggiormente ha cambiato le abitudini quotidiane, prima del loro impiego il bucato era lavato a mano con un grande dispendio di tempo ed energie. I primi esempi di lavabiancheria si hanno intorno al 1700, ma nel XIX secolo il processo inizia ad essere meccanizzato. La prima lavatrice elettrica fu lanciata negli Stati Uniti nel 1907 e intorno alla metà del 900 nell Europa Occidentale, grazie all espansione industriale, al desiderio di benessere, alla nascita di nuove esigenze e al ruolo della donna che andava cambiando, le industrie elettromeccaniche inizia- 1
rono un intensa attività di ricerca e produzione di lavabiancherie. La ricerca era volta soprattutto alla risoluzione dei problemi statici, poiché, nelle lavatrici la vasca era solidale con la scocca e non essendo presenti sospensioni esse dovevano essere fissate al pavimento per evitare gli spostamenti. Negli anni a seguire le lavatrici hanno raggiunto buoni livelli di performance, anche se in Europa ci si è maggiormente concentrati sull efficienza energetica piuttosto che sul controllo delle emissioni di rumore e vibrazioni, pur essendo, la silenziosità, una qualità molto apprezzata dai consumatori. Il rumore "domestico" è in genere provocato dall adiacenza di sorgenti rumorose all interno dei condomini, delle attività commerciali, ma soprattutto, dagli elettrodomestici presenti in casa e grazie alle nuove tecnologie, si cerca di rendere sempre più silenziosi questi apparecchi. La silenziosità di un elettrodomestico è particolarmente apprezzata sia per migliorare il comfort acustico delle abitazioni, sia per andare incontro alle tariffe biorarie per l energia elettrica che consentono di ridurre i costi in bolletta e che inducono all uso notturno di tali apparecchi; la silenziosità è fondamentale anche per non arrecare disturbo al vicinato. I dati riguardanti la potenza sonora emessa dagli elettrodomestici, espressa in decibel (dba), sono riportati, insieme ai consumi e alla classe di efficienza energetica, sull etichetta energetica che per legge accompagna gli elettrodomestici; quello della silenziosità è uno degli aspetti che spesso è preso in considerazione al momento dell acquisto. I modelli più evoluti sono costruiti in modo tale che il motore, il cestello e gli ammortizzatori garantiscano stabilità, riduzione delle vibrazioni e quindi grande silenziosità anche durante la fase di centrifuga. Particolari accorgimenti quali, il design antivibrazione delle pareti, la realizzazione di motori con alimentazione a magnete permanente che sostituisce le spazzole per eliminare gli attriti, la presenza di sensori che monitorano la posizione del carico regolando la contro bilanciatura e gli ammortizzatori che assorbono le oscillazioni cercano di garantire grande stabilità e riduzione del rumore. Alcuni modelli di lavabiancheria sono dotati del sistema, di antiallagamento che blocca la lavatrice nel caso in cui ci sia effettiva fuoriuscita di acqua dall apparecchio; tale sistema è associato a un dispositivo Acquastop che interrompe l'alimentazione di acqua quando, a causa di una perdita, passa più acqua del necessario. L Acquastop è un elemento in plastica collegato alla scocca della lavabiancheria, mediante piccole alette situate lungo i margini e mediante quattro snap, ovvero agganci, situati negli angoli che incastrano tale componente alla scocca. Le parti del fondo Acquastop che entrano in collisione con il mobile della lavabiancheria contribuiscono, soprattutto durante la centrifuga, alla produzione di rumore.. 3. Tecniche di misurazione e risultati Dalle misure effettuate sull oggetto, è stato rilevato che il rumore maggiore è generato durante la fase di centrifuga a causa delle vibrazioni prodotte dall interazione di elementi della lavabiancheria stessa. L elemento che interagisce con la struttura creando disturbo è il fondo Acquastop. Per la riduzione delle vibrazioni si è scelto l approccio dello smorzamento inserendo un elemento dissipativo. Per individuare il materiale dotato di buone prestazioni antivibranti e adatto ad essere utilizzato, sono stati analizzati in laboratorio vari campioni scelti in base ad alcune caratteristiche specifiche, quali, consistenza, robustezza, impermeabilità, porosità, duttilità e resistenza al fuoco tali da renderli idonei all impiego in presenza di acqua ed elettricità. Il materiale scelto (a seguito dei risultati dei test effettuati mediante il Tubo di Kundt per la valutazione del coefficiente di assorbimento acustico e tramite la Piastra Vibrante per la valutazione dello smorzamento) è un composto di gomma triturata, ritenuto idoneo in quanto dotato di un discreto valore del coefficiente di assorbimento acustico, e di buone caratteristiche dissi- 2
pative e di alta densità, caratteristica quest ultima, utile per dare maggiore rigidità al mobile della lavabiancheria. (A) (B) Figura 1 (A) lavatrice in uso per le prove. (B) particolare della disposizione dell accelerometro per le misure. (A) (B) Figura 2 (A) Particolare della disposizione del materiale smorzante all interno della lavabiancheria. (B) particolare della disposizione del materiale smorzante negli snap dell Acquastop. Dopo aver applicato il materiale alla scocca della lavatrice, secondo due configurazioni, prima al centro delle pareti laterali, poi sul fondo in maniera opportuna, si è proceduto ad effettuare varie misurazioni mediante l uso di accelerometri di tipo piezoelettrico, come mostrato in Figura 2 (A) e Figura 2 (B). 3
Frequenza, Hz Figura 3 (A) Andamento della risposta in frequenza con lavatrice senza smorzante. (B) Andamento della risposta in frequenza con inserimento del materiale smorzante negli snap dell Acquastop. (C) Andamento della risposta in frequenza con inserimento sulla superficie laterale con smorzante Le misure sono state eseguite mediante l impiego dell accelerometro AP37 THECH, posto con del nastro biadesivo sulla parete laterale del mobile lavabiancheria eccitando la parete opposta a quella dell accelerometro con un martello per impulsi. Mediante una 4
scheda di acquisizione LabView i segnali analogici sono stati inviati al un computer per l elaborazione mediante il software SCS 9022 della SCS Controlli & Sistemi Srl. A seguito dell impulso le Figura 3(A), Figura 3(B) Figura 3(C) e mostrano la risposta in frequenza del mobile esterno della lavabiancheria in diversi condizioni. La Figura 3(A) mostra l andamento in frequenza della vibrazione del mobile della lavabiancheria (eccitato con il martello ad impulsi) nelle condizioni iniziali, la struttura mostra una eccessiva vibrazione intorno alla frequenza di 25 Hz ed intorno alle frequenza di 95 Hz. La Figura 3 (B) mostra l andamento in frequenza della vibrazione del mobile della lavabiancheria (eccitato con il martello ad impulsi) ma con l inserimento di materiale smorzante in gomma in corrispondenza dell aggancio degli snap dell Acquastop, come mostrato in Figura 2(B), i picchi di risonanza sono ridotti in ampiezza, ma non in frequenza. La Figura 3 (C) mostra l andamento in frequenza della vibrazione del mobile della lavabiancheria (eccitato con il martello ad impulsi) ma con l inserimento di materiale smorzante in gomma sulla superficie laterale del mobile della lavabiancheria, come mostrato in Figura 2(A); i picchi di risonanza sono scomparsi. 4. Conclusioni La bassa rumorosità è una qualità apprezzata per qualsiasi tipologia di elettrodomestico. Per quanto riguarda le lavatrici, tutte le principali aziende produttrici cercano di raggiungere migliori prestazioni in fatto di silenziosità del loro prodotto. Con l alimentazione a magnete permanente che sostituisce le tradizionali spazzole e l uso dei motori inverter si sono ridotte notevolmente le emissioni rumorose, ma non sempre i nuovi meccanismi tecnologici sono sufficienti per controllare le vibrazioni causate dalla centrifuga. Dallo studio effettuato si evince che l introduzione di materiale smorzante opportunamente collocato alle pareti interne della lavabiancheria e in corrispondenza degli agganci del fondo Acquastop alla struttura, riduce le vibrazioni al minimo, soprattutto quelle a bassa frequenza, con il miglioramento generale del comfort acustico. Attualmente i pannelli laterali di alcune lavabiancherie sono rivestiti con uno strato di materiale fonoassorbente ottenuto dal riciclo delle lavorazioni dei tessuti; tale materiale non presenta buone caratteristiche di smorzamento e a contatto con l umidità può emanare cattivi odori. I tappetini in gomma triturata, invece, oltre ad avere ottime caratteristiche di smorzamento, non subiscono alterazioni a contatto con l umidità. Il loro utilizzo, inoltre, contribuisce al riciclo di un materiale che se lasciato nell ambiente, arreca notevoli danni. L intervento proposto può ritenersi non invasivo e a basso costo poiché non interviene nel processo produttivo, nel design e non incide in maniera importante nel costo del prodotto finito. 5