In Delman Ingegneria S.r.l., crediamo che il ruolo dell’ingegnere non sia solo quello di trovare soluzioni ai problemi, ma soprattutto quello di prevenire i problemi prima che si manifestino. Di recente abbiamo avuto l’occasione di applicare questo principio analizzando la coppia di camini dell’equipment F-301/2/3 della raffineria SARPOM (Gruppo API) a Trecate (NO).
In strutture alte e snelle, come le ciminiere industriali, il vento può innescare un fenomeno d’interazione aerodinamica chiamato vortex shedding. Si tratta di un fenomeno aerodinamico che si verifica quando i filetti fluidi dell’aria, impattando sulla superficie di un corpo snello e cilindrico generano una scia alternata di vortici (vortici di von Karman) diretti perpendicolarmente alla direzione del flusso. Questo processo può indurre oscillazioni trasversali periodiche della struttura quando la frequenza di questi vortici coincide con quella naturale della struttura investita, determinando una risonanza che amplifica le oscillazioni, con effetti potenzialmente molto pericolosi per la struttura.
Le nostre valutazioni analitiche finalizzate a valutare l’effettivo livello di vulnerabilità dei due camini appartenenti all’equipment item F-301/2/3 nei confronti del fenomeno del vortex shedding hanno rivelato che:
- L’ampiezza delle oscillazioni trasversali della coppia di camini, indotte dal distacco periodico dei vortici di von Karman, può ampiamente superare il limite ritenuto accettabile del 10% del diametro dei
- A lungo andare, queste vibrazioni potrebbero provocare fenomeni di fatica del materiale, portando a cricche o indebolimenti in zone
- Le verifiche condotte secondo due normative tecniche (Eurocodice ed API/ISO) hanno fornito risultati differenti determinati dai differenti criteri di valutazione delle naturali, intrinseche capacità dissipative strutturali proposti dai due diversi standards Lo studio ha, pertanto dimostrato l’importanza di una corretta, realistica determinazione delle reali caratteristiche dinamiche dei camini mediante misurazioni sperimentali affidabili al fine di individuare la soluzione tecnica più idonea a garantire l’effettiva e definitiva salvaguardia della struttura nei confronti degli effetti dell’interazione aero-elastica vento- struttura.
Nel caso da noi esaminato abbiamo, quindi, escluso l’impiego di stabilizzatori aerodinamici (es. spirali elicoidali) in quanto inefficaci per strutture con basso coefficiente di smorzamento. La soluzione ottimale? Installare un Tuned Mass Damper (TMD).
Si tratta di una massa aggiuntiva montata in cima alla struttura da salvaguardare, collegata ad essa mediante molle e/o dissipatori visco-elastici. Grazie alla presenza di tale dispositivo, non appena il camino inizia ad oscillare trasversalmente per effetto dei vortici di von Karman, il TMD inizia ad oscillare in controfase, dissipando energia e smorzandone le oscillazioni.
Per progettare un sistema davvero efficace, è, pertanto, raccomandabile:
- Eseguire preventivamente una misurazione strumentale della reale capacità dissipativa della struttura, utilizzando accelerometri e martelli
- Progettare ed installare un dispositivo TMD (Tuned Mass Damper) adeguatamente “sintonizzato” ai principali modi di vibrare reali della
- Una configurazione semplice e di facile manutenzione del TMD al fine di garantirne l’efficacia operativa per tutta la vita utile della
Altri esempi di TMD attualmente installati nel mondo
Taipei 101 (Taiwan) – Forse il TMD più famoso al mondo: una sfera d’acciaio da 660 tonnellate sospesa tra l’87° e il 92° piano del grattacielo, visibile anche ai visitatori. Serve a proteggere l’edificio da tifoni e terremoti.
Ponti pedonali e sospesi – Il London Millennium Bridge, per esempio, è stato dotato di TMD dopo che le oscillazioni laterali causate dal passo sincronizzato dei pedoni avevano reso l’attraversamento instabile.
Impianti industriali – In raffinerie, torri e ciminiere, vengono installati TMD compatti progettati per lavorare senza manutenzione, riducendo le sollecitazioni dinamiche che potrebbero compromettere la durata della struttura.
