ES2804077A1 - Silenciador acústico - Google Patents

Abstract

El silenciador acústico comprende una carcasa (1) que incluye una entrada de fluido (2), un canal de paso de fluido (3) y una salida de fluido (4), en el que dicho canal de paso de fluido (3) es en forma de voluta. Preferentemente, dicha voluta es de progresión logarítmica y de paso constante, y dicho canal de paso de fluido (3) cambia de sección en las proximidades de la salida y en la cara correspondiente a la zona de máximas intensidades acústicas. Permite proporcionar un silenciador acústico que minimice los requerimientos de espacio y de materiales, obteniendo una alta atenuación del sonido y una baja caída de presión del fluido.

Description

DESCRIPCIÓN

Silenciador acústico

La presente invención se refiere a un silenciador acústico que minimiza los requerimientos de espacio y de materiales, obteniendo una alta atenuación del sonido y una baja caída depresión del fluido.

Antecedentes de la invención

Según los criterios comunes de acústica, para obtener altas absorciones se utilizan espumas que presentan elasticidades con coeficientes Q de calidad resonante bajos. Para obtener bajas transmitancias y grandes reflexiones se utilizan materiales de alta densidad másica y baja porosidad.

Por regla general se observa que maximizar el grosor y densidad de las paredes de canales laberínticos, así como su recubrimiento interior con materiales porosos, ofrece muy buenos resultados en cuanto a atenuación acústica.

Sin embargo, esta solución penaliza el peso y el volumen necesarios para su construcción, así como supone caídas de presión elevadas del fluido.

Por lo tanto, un objetivo de la presente invención es proporcionar un silenciador acústico que minimice los requerimientos de espacio y de materiales, obteniendo una alta atenuación del sonido y una baja caída de presión del fluido.

Descripción de la invención

Con el silenciador acústico de la invención se consiguen resolver los inconvenientes citados, presentando otras ventajas que se describirán a continuación.

El silenciador acústico de acuerdo con la presente invención comprende una carcasa que incluye una entrada de fluido, un canal de paso de fluido y una salida de fluido, en el que dicho canal de paso de fluido es en forma de voluta. El sistema es igualmente válido si consideramos invertir el sentido del flujo.

Ventajosamente, dicha voluta es de progresión logarítmica y de paso constante.

Además, dicho canal de paso de fluido cambia de sección en las proximidades de la salida y en la cara adjunta correspondiente a la zona de máximas intensidades acústicas.

Ventajosamente, la entrada de fluido y la salida de fluido son intercambiables entre sí, cambiando la orientación del fluido.

Además, dicho canal comprende material absorbente de sonido en su superficie interior, en el que dicho material absorbente de sonido tiene preferentemente una sección variable, por ejemplo, dicho material absorbente de sonido tiene una sección que es mayor en una zona intermedia que en sus extremos.

De acuerdo con una realización preferida, dicho material absorbente de sonido es una espuma de densidad progresiva.

Además, dicho canal comprende un material reflectante en su superficie exterior.

Ventajosamente, dicho canal define una sección del canal, variando dicha sección a lo largo del canal en al menos un 5 %.

De acuerdo con una realización preferida, dicha carcasa comprende una cúpula de forma parabólica, y dicho canal tiene preferentemente una forma redondeada en su extremo más próximo a la salida.

La solución aportada es el resultado de análisis de simulaciones numéricas previas de la acústica de canales en forma de voluta, de la introducción experimental de elementos absorbentes de forma minimalista, del estudio de la mecánica de fluidos de todo el conjunto, así como de la introducción de singularidades en la forma de la voluta que permitan maximizar los resultados.

En la disposición estudiada se minimiza el ruido producido por el rodete de un ventilador o impulsor de aire radial en su entrada, aunque es aplicable a otras disposiciones de ventiladores o incluso a la atenuación de otras fuentes de ruidos presentes en fluidos.

Breve descripción de los dibujos

Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto, se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.

La figura 1 es una vista en perspectiva en despiece del silenciador acústico de acuerdo con la presente invención;

La figura 2 es una vista en alzado en sección transversal del silenciador acústico de acuerdo con la presente invención;

La figura 3 es una vista en perspectiva donde se aprecia el canal de paso de fluido en forma de voluta; y

La figura 4 es una vista en planta donde se aprecia el canal de paso de fluido en forma de voluta.

Descripción de una realización preferida

El silenciador acústico de acuerdo con la presente invención se utiliza, en particular, para minimizar el ruido producido por el rodete de un ventilador o impulsor de aire radial en su entrada, aunque es aplicable a otras disposiciones de ventiladores o incluso a la atenuación de otras fuentes de ruidos presentes en fluidos.

Tal como se muestra en las figuras, el silenciador acústico de acuerdo con la presente invención comprende una carcasa, indicada en general mediante el número de referencia 1, que incluye una entrada de fluido 2, un canal de paso de fluido 3 y una salida de fluido 4.

En particular, como se puede apreciar en las figuras 1 y 2, dicha carcasa 1 está formada por tres cuerpos, un primer cuerpo 1a en el que está formado dicho paso 3, un segundo cuerpo 1b en el que está formada la salida 4 y un tercer cuerpo 1c, substancialmente en forma de disco.

Ventajosamente, dicha carcasa 1 comprende una cúpula de forma parabólica, en particular, en dicho primer cuerpo 1a, y dicho canal 3 tiene una forma redondeada en su extremo más próximo a la salida.

La forma parabólica hace que la reflexión del sonido que sale del rodete se refleje hacia el interior o foco de la parábola, donde eventualmente se puede colocar material absorbente.

En un punto central donde empieza la pared del canal 3 en forma de voluta básica, la sección del canal y la dirección del flujo presentan un cambio brusco, lo requiere dicha forma redondeada de la cavidad donde el flujo cambia de plano.

Al contrario de lo que resultaría evidente para un experto, la reducción de sección del canal en forma de voluta en ese punto de transición (indicado mediante el número de referencia 7 en la figura 2) mejora el rendimiento del sistema al inducir un torbellino.

El giro del rodete y el incremento del rotacional del fluido producido por la geometría de la voluta, favorecen progresivamente la formación del torbellino, reduciendo drásticamente el nivel de ruido producido en ese punto.

Dicho canal de paso de fluido 3 es en forma de voluta o espiral, tal como se puede apreciar mejor en las figuras 3 y 4, que es preferentemente de progresión logarítmica y de paso constante.

En concreto, la forma de la voluta es en espiral preferiblemente en progresión logarítmica, se desarrolla a partir de la salida 4, girando alrededor de un punto central, hasta alcanzar la entrada 2, con un paso por vuelta adecuado.

Si se desea, dicho canal de paso de fluido 3 puede cambiar de sección en las proximidades de la salida 4 y en la cara adjunta correspondiente a la zona de máximas intensidades acústicas.

Además, la entrada de fluido 2 y la salida de fluido 4 son intercambiables entre sí, cambiando la orientación del fluido.

A partir del análisis del número de Reynolds para un caudal de trabajo determinado, se determina un canal de paso de la voluta cercano y por debajo del punto de transición a régimen turbulento (aunque la invención es aplicable a otros regímenes) y con una caída de presión máxima admisible.

Como se muestra en la figura 4, dicho canal 3 comprende un material absorbente de sonido 5 en su superficie interior es decir en la parte interior de la curva que forma la voluta. Dicho material absorbente de sonido 5 tiene una sección variable, tal como una sección que es mayor en una zona intermedia que en sus extremos. En concreto, dicho material absorbente de sonido 5 es en forma de lágrima o ala.

Preferentemente, dicho material absorbente de sonido 5 es una espuma de densidad progresiva, obtenida, por ejemplo, con curvado de un material plano de densidad homogénea, aunque podría ser cualquier material adecuado obtenido de cualquier manera adecuada.

A este canal 3 se le añade un espesor adicional preferiblemente entre 1 y 8 mm correspondiente al material absorbente 5 y también se añade el grueso de pared deseado, obteniéndose el paso de la voluta básica.

Al contrario del razonamiento lógico de un experto, la adición del material absorbente 5 en la parte exterior del canal 3 o curva exterior de la voluta, no mejora sustancialmente los resultados de atenuación, además empeora en gran medida la caída de presión, dado que presenta mayor fricción en la zona donde la velocidad es máxima.

Por el contrario, con la adición de material absorbente 5 en la pared interior del canal 3 se obtiene mucha más atenuación con la mínima penalización, dado que es el lugar donde las intensidades acústicas son máximas y la velocidad del fluido mínima.

Además, la singularidad de reducción de sección necesaria para favorecer el torbellino permite desplazar la pared del canal en forma de voluta, con la posibilidad de aumentar el espesor del material absorbente 5, formando una geometría de lágrima o ala, justamente en el punto donde la intensidad del campo acústico es máxima, logrando al final un triple efecto: minimizar caídas de presión, generar menos ruido y maximizar la atenuación acústica con el mínimo de material, volumen y peso.

Dicho canal también comprende preferentemente un material reflectante 6 en su superficie curva exterior que favorece la obtención de intensidades máximas en la pared opuesta donde se encuentra el absorbente, cercano al foco.

Además, dicho canal 3 define una sección del canal, variando dicha sección a lo largo del canal en al menos un 5 %.

En consecuencia, en el silenciador acústico de acuerdo con la presente invención, cuando una onda atraviesa un material, se producen reflexiones de la misma en los lugares donde la onda modifica su velocidad bruscamente debido a cambios bruscos en la densidad del material que encuentra a su paso.

En el caso de una combinación entre el material absorbente 5 y el material reflectante 6, se manifiesta este fenómeno especialmente cuando la onda que atraviesa un material absorbente de densidad baja, se encuentra una frontera de mayor densidad de material reflectante.

En una realización ideal se plantea que el material absorbente modifique su densidad de forma progresiva hasta transformarse en un material mayormente reflectante.

Sin embargo, actualmente se curva el material absorbente a partir de una figura plana, de manera que, para la zona de radio menor, el material se comprime y para la zona de radio mayor, el material se estira, lográndose así una sección transversal que presenta un gradiente de densidades.

Este gradiente reduce en parte la reflexión de ondas procedentes del canal de paso de fluido 3, mejorando la absorción en consecuencia.

A pesar de que se ha hecho referencia a una realización concreta de la invención, es evidente para un experto en la materia que el silenciador acústico descrito es susceptible de numerosas variaciones y modificaciones, y que todos los detalles mencionados pueden ser sustituidos por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Silenciador acústico, que comprende una carcasa (1) que incluye una entrada de fluido (2), un canal de paso de fluido (3) y una salida de fluido (4), caracterizado por que dicho canal de paso de fluido (3) es en forma de voluta.

2. Silenciador acústico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha voluta es de progresión logarítmica y de paso constante.

3. Silenciador acústico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho canal de paso de fluido (3) cambia de sección en las proximidades de la salida y en la cara correspondiente a la zona de máximas intensidades acústicas.

4. Silenciador acústico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la entrada de fluido (2) y la salida de fluido (4) son intercambiables entre sí, cambiando la orientación del fluido.

5. Silenciador acústico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho canal comprende material absorbente de sonido (5) en su superficie interior.

6. Silenciador acústico de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dicho material absorbente de sonido (5) tiene una sección variable.

7. Silenciador acústico de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicho material absorbente de sonido (5) tiene una sección que es mayor en una zona intermedia que en sus extremos.

8. Silenciador acústico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el que dicho material absorbente de sonido (5) es una espuma de densidad progresiva.

9. Silenciador acústico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho canal (3) comprende un material reflectante (6) en su superficie exterior.

10. Silenciador acústico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho canal (3) define una sección del canal, variando dicha sección a lo largo del canal en al menos un 5 %.

11. Silenciador acústico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha carcasa (1) comprende una cúpula de forma parabólica.

12. Silenciador acústico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho canal (3) tiene una forma redondeada en su extremo más próximo a la salida (4).