CASO DE ESTUDIO YANMAR 3YM30. EXPLICACIÓN TÉCNICA DE UNA MEJORA EN EL AISLAMIENTO DE RUIDO Y VIBRACIONES

Velero: Beneteau 343 Clipper, amarrado en Port Solent, Portsmouth

2 ELLEBOGEN 75 (Ref. 128270-08341) y 2 ELLEBOGEN 100 (Ref. 128377-08351)

El objetivo de este informe es explicar el caso de un usuario de un motor Yanmar 3YM30 que presentaba altos niveles de vibración en un Beneteau 343 Clipper y los pasos que se siguieron para solucionar el problema de vibración.

Comenzaremos primero describiendo detalles del velero. El motor es un Yanmar de 3 cilindros referencia Yanmar 3YM30. Es un velero con una longitud de 10,82 metros (35,50ft) y una manga de 3,48m (11,42ft) que le dan un desplazamiento total de 5380Kg.

Diseñado por Berret-Racoupeau y construido por Beneteau Shipyard en Saint Hilaire de Riez, FRANCIA.

Este velero bien mantenido y debidamente estibado puede acomodar hasta 5 personas con comodidad.

SITUACIÓN INICIAL DEL MOTOR.

El dueño del velero observa que el motor se mueve demasiado. Después de hacer un video, recibe un consejo para cambiar los soportes.

En el siguiente gráfico podemos ver la alteración de la elasticidad de un soporte nuevo y un soporte de motor usado. La Fuerza expresa la carga ejercida sobre el soporte en dirección vertical y en el eje X se muestra la compresión de los soportes (esto también se llama deflexión

Como puede verse, el soporte presenta una alteración en la elasticidad. Con la misma fuerza, el soporte del motor usado tiene más deformación bajo la misma carga dada. Esta es la razón por la cual el motor se mueve más. El motor tiene más movimiento porque los soportes del motor permiten más deflexión.

Curva de carga deflexión

El propietario del velero decide cambiar los soportes por otro diseño de mayor rigidez.

El resultado no es el esperado por el armador del velero y pide consejo en un foro mecánico de Asistencia.

El propietario del barco esperaba tener un motor estable, pero descubre que la situación es peor. Recibe la recomendación de aumentar la velocidad de ralentí. (Mantenerse a flote)

Para explicar por qué sucede esto, necesitamos comprender la relación entre la rigidez de los soportes y la transmisibilidad de la vibración.

Un motor suspendido elásticamente tendrá una frecuencia de resonancia (también llamada frecuencia fundamental o frecuencia natural) siguiendo la siguiente fórmula.

Donde “k” es la rigidez del soporte del motor marino y “m” es la masa del motor marino.

El principal objetivo aquí es tratar de evitar cualquier coincidencia o proximidad entre la frecuencia de resonancia y una frecuencia perturbadora del motor. (Rpm en ralentí o tictac)

En el siguiente gráfico, la velocidad de ralentí estaría representada por la línea amarilla y la línea azul oscuro representa el impacto potencial de esto (también llamada curva de transmisibilidad). El peor escenario sería si la línea amarilla coincidiera con el pico azul oscuro, momento en el que el sistema habría alcanzado una resonancia que podría dañar los componentes del motor, los soportes, las transmisiones, etc., por lo que claramente es algo que debe evitarse.

Fig. 2: Gráfico de transmisibilidad.
Fig. 2: Gráfico de transmisibilidad.

La línea amarilla se desplaza de izquierda a derecha según la velocidad de funcionamiento del motor, desde ralentí bajo hasta ralentí alto.

Fig. 3: Gráfico/Curva de transmisibilidad.
Fig. 3: Gráfico/Curva de transmisibilidad.

Transmisibilidad 0 = significa que no hay transmisión de vibraciones, en otras palabras. 100% de aislamiento.

Transmisibilidad 1 = significa transmisión de vibraciones al 100%, en otras palabras. 0% de aislamiento.

En el punto de resonancia, las vibraciones no se aíslan, se amplifican.

Si usamos un soporte de motor con mayor rigidez aumentamos la frecuencia resonante (Frecuencia Fundamenta):

Esto hace que el pico resonante se desplace hacia la derecha acercándolo a la velocidad de ralentí. Este efecto hace que disminuya el aislamiento de vibraciones.

Para evitar que el sistema entre en resonancia, el propietario del velero decide aumentar los rpm de ralentí a 1000 rpm. Dado que una velocidad de ralentí de 1000 rpm no es adecuada para la caja de cambios a largo plazo, hay motivos para preocuparse.

Fig 3: Transmissibility Graph/Curve.

CAMBIANDO LA RIGIDEZ AL VALOR CORRECTO.

La rigidez del soporte juega un papel clave en la frecuencia de resonancia del motor. Los soportes del motor cambian su rigidez con el tiempo, mostrando una mayor rigidez con el tiempo. El siguiente gráfico muestra la rigidez del soporte cuando es nuevo (Rigidez 0) y cuando se ha usado el soporte (Rigidez 1).

Curva carga-deflexión de un soporte nuevo y uno usado.

Curva carga-deflexión de un soporte nuevo y uno usado.

La Rigidez 0 es menor que la Rigidez 1. Por tanto, si seguimos con la fórmula de la frecuencia natural, podemos entender que cuanto menor es la rigidez, menor es la frecuencia de resonancia del motor.

Esto hace retroceder el pico resonante hacia el lado izquierdo, permitiendo un aumento importante en el aislamiento o disminuyendo el régimen de ralentí a menores rpm.

Para más información sobre el proceso de alteración de la rigidez, se explica en profundidad en este artículo: https://www.ellebogen.com/en/how-do-the-marine-engine-mounts-loose-their-elastic-properties/

En las siguientes imágenes podemos ver los nuevos soportes de motor Ellebogen en el motor marino Yanmar 3YM30 a 825 rpm\850 rpm\900 rpm\950 rpm\1000 rpm.

Fig 3: Transmissibility Graph/Curve.

825 RPM
850 RPM
900 RPM
950 RPM
1000 RPM

La posición de los soportes del motor marino Ellebogen sigue el diagrama que se muestra a continuación.

Navegando por el Estrecho de Solent

Frank Thompson, un marinero británico de Grimsby en la costa este en la desembocadura del río Humber, puede tener sus desafíos. Aprendió a navegar en la costa norte de Gales en el Conwy. Su barco tiene su base en el sur de Port Solent, Portsmouth. Es un ayudante activo (colaborador) en los foros de Yanmar, siempre dispuesto a ayudar a sus compañeros marineros solucionando problemas y encontrando soluciones. Un ejemplo de la hermandad entre Marineros.

Frank navega en las aguas del Solent y el sur del Reino Unido. El Solent es una importante vía de navegación para buques de pasajeros, de carga y militares. Es un área recreativa importante para los deportes acuáticos, particularmente la navegación a vela, y alberga anualmente el evento de navegación Cowes Week. Está protegido por la Isla de Wight y tiene un patrón de mareas complejo, lo que ha beneficiado el éxito de Southampton como puerto, proporcionando una “doble marea alta” que extiende la ventana de mareas durante la cual se pueden manejar barcos de gran calado.[3] Portsmouth se encuentra en sus costas. Spithead, un área frente a Gilkicker Point cerca de Gosport, es conocida como el lugar donde el monarca del día tradicionalmente revisa a la Royal Navy.

El área es de gran importancia ecológica y paisajística, particularmente debido a los hábitats costeros y estuarinos a lo largo de su borde.[4] Gran parte de su costa está designada como Área Especial de Conservación.[5] Está bordeado y forma parte del carácter de una serie de paisajes protegidos de importancia nacional, incluido el Parque Nacional New Forest y la AONB de la Isla de Wight.

Los siguientes enlaces pueden ser de interés para aquellos que estén interesados en saber más sobre la navegación en estas aguas:

https://www.universalyachting.com/solent-cruising-area/

https://ancasta.com/cruising-guides/where-to-go-sailing-solent/

https://escapeyachting.com/sailing-holidays/solent

https://www.cruiserswiki.org/wiki/The_Solent