Estudio de la propagación de ondas de presión en conductos de paredes no rígidas

Abstract

Actualmente, la reducción de emisiones sonoras es una importante área de interés debido a su influencia práctica. En un documento publicado por la WHO Europe se mostró que cerca del 40% de los ciudadanos de la UE están sometidos a ruidos de tráfico de sobre 55 dB. La reducción activa de ruido permite obtener una elevada reducción del ruido percibido por un observador. Sin embargo, este tipo de control está asociado con bastantes problemas de coste y confiabilidad. Esto hace que actualmente su aplicación en la industria del transporte no esté extendida. L. Yinn et al demostraron que las prestaciones de micrófonos de cancelación activa de ruido dependían del ambiente sonoro. Bajo algunas circunstancias demostraron que su rendimiento podía volverse inaceptable. Debido a estas limitaciones, el control de ruido pasivo es hoy día la primera solución ingenieril. De forma general los elementos de control pasivos se pueden clasificar como disipativos o reflexivos. Los mecanismos de control disipativos permiten una gran reducción del ruido. Por ejemplo, H.D. Hwang et al demostraron cómo el uso de materiales disipativos viscoelásticos permiten un control de ruido aceptable. Sin embargo, los materiales de absorción porosos muestran un pobre rendimiento acústico para bajas frecuencias En el caso de las técnicas reactivas, parte de la onda sonora se refleja hacia la fuente, o entre los elementos. Algunos ejemplos de este tipo de soluciones son: cámaras de expansión, resonadores de Helmholtz¿ Tradicionalmente, los elementos reactivos han sido ampliamente considerados como infinitamente rígidos. El desplazamiento de la pared y su velocidad se supone inapreciable desde el punto de vista del fluido. Esto es cierto en la mayor parte de las aplicaciones actuales en la industria. Sin embargo, el uso de materiales de muy baja densidad y rigidez también está empezando a cobrar interés. Como un ejemplo, podría ser útil referirse al trabajo de Aydemir et al; Nunes et al. Se ha propuesto el uso de materiales flexibles en el campo de la atenuación pasiva de ruido. Véase por ejemplo la propuesta hecha por Huang. El uso de este tipo de soluciones lleva a un fuerte acoplamiento entre el comportamiento del fluido y de la estructura. El acoplamiento de los modos propios estructurales con el flujo lleva a una especia de ¿almacenamiento¿ de la energía cinética, lo que lleva a un incremento en las pérdidas de transmisión (TL) a través del conducto. El modelado numérico del fenómeno vibroacústico en elementos reactivos clásicos es de vital importancia, debido a las posibles diferencias con el comportamiento del sistema rígido. Así mismo, las características vibratorias del sistema podrían ser usadas para la reducción sonora. El estudio de geometrías prácticas ha sido poco estudiado, aunque se podrían citar como ejemplos los trabajos de G. Wang. Sin embargo, existe una importante falta de información sobre la influencia del fenómeno estructural en las propiedades de transmisión, siendo de vital importancia la cuantificación de las pérdidas de transmisión y/o los coeficientes de la matriz de coeficientes. Munjal et al., por ejemplo, mostraron analíticamente cómo las pérdidas de transmisión deberían aumentar cuando se tiende a disminuir la rigidez del material de la pared. Durante este trabajo se lleva a cabo un modelado numérico de una cámara de expansión cilíndrica, para analizar la influencia de la rigidez del material en la respuesta acústica del sistema ante una excitación. La validación de la metodología se llevará a cabo mediante la comprobación de los resultados con las soluciones analíticas 1D simplificadas del modelo rígido. Se llevarán a cabo estudios de acoplamiento fluido estructura mediante el uso de diferentes técnicas: - Simulación de la respuesta temporal acoplada y rígida, con el fluido discretizado mediante el método de los volúmenes finitos (CFD) y