Desarrollo de herramientas de modelado numérico para la caracterización acústica de sileciadores de escape con superficies metálicas sinterizadas

Abstract

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[ES] El presente proyecto se centra en el estudio del comportamiento acústico de silenciadores de motores de combustión interna alternativos de vehículos. Dicho análisis se llevará a cabo mediante la aplicación de técnicas de cálculo basadas en herramientas numéricas y referentes al método de elementos finitos. Para esta técnica, se considerarán diferentes geometrías interesantes desde el punto de vista práctico, con secciones circulares que combinen diferentes elementos característicos de los silenciadores, cantidad de cámaras de disipación o materiales sinterizados. La justificación del desarrollo de programas de diseño en base a técnicas analíticas viene dada por el considerable ahorro de tiempo en coste computacional. Se han desarrollado e implementado técnicas analíticas simples (modelos de onda plana), que son aplicables a fases de prediseño para hacer una primera estimación del comportamiento del modelo. Los inconvenientes de estas técnicas vienen dados, además de por trabajo que supone la implementación de los programas necesarios para resolver cada modelo, por el tipo de geometrías que permiten estudiar. Afortunadamente, estas geometrías se utilizan frecuentemente. De esta manera, se analizan silenciadores con geometrías no excesivamente complejas, pero que, combinadas con el material sinterizado, pueden llegar a conseguir prestaciones de atenuación considerables. En lo que se refiere a elementos finitos, se utiliza esta técnica mediante dos programas comerciales disponibles, Ansys y Sysnoise. La ventaja de los métodos numéricos es que permiten tratar geometrías arbitrarias con condiciones de contorno complejas, invirtiendo la mayor parte del tiempo de trabajo en la definición de la geometría. En este proyecto, el método de los elementos finitos permite validar y contrastar las técnicas analíticas propuestas, así como el cálculo de algunos silenciadores más complicados, que no se pueden tratar de forma sencilla con las técnicas mencionadas. Los mallados utilizados son bidimensionales axisimétricos. En cuanto a la finalidad concreta de los programas de elementos finitos mencionados, Ansys se usa para la generación de la malla (preproceso), y, aunque el mismo Ansys permite la resolución de problemas acústicos, con Sysnoise se calculan los campos de presiones y velocidades, ya que obtiene resultados más precisos que el primero. Dichos campos de presión y velocidad son el objetivo fundamental, pues a partir de ellos se obtienen los índices fundamentales de atenuación sonora.