Atenuador de sonido

La pérdida de inserción dinámica de un atenuador de sonido es la cantidad de atenuación, en decibelios , que proporciona el silenciador bajo condiciones de flujo. Si bien las condiciones de flujo en los sistemas de conductos típicos de baja velocidad rara vez superan los 2000–3000  ft/min, los atenuadores de sonido para venteos de vapor deben soportar velocidades de flujo de aire en el  rango de 15 000–20 000 ft/min. ^{[ 10 ]} El rendimiento acústico de un atenuador de sonido se prueba en un rango de velocidades de flujo de aire y para condiciones de flujo directo e inverso. El flujo directo es cuando el aire y las ondas sonoras se propagan en la misma dirección. La pérdida de inserción de un silenciador se define como ^{[ 11 ]}

${\displaystyle IL\ (dB)=10\log({\frac {W_{0}}{W_{m}}})}$

dónde:

${\displaystyle W_{0}}$= Potencia sonora radiada desde el conducto con el atenuador

${\displaystyle W_{m}}$= Potencia sonora radiada desde el conducto sin el atenuador

Algunos fabricantes informan la pérdida de inserción estática del silenciador, que normalmente se mide con un altavoz en lugar de un ventilador para representar una condición de flujo cero. ^{[ 7 ]} Estos valores pueden ser útiles en el diseño de sistemas de evacuación de humo, donde se utilizan atenuadores de sonido para atenuar el ruido exterior que se filtra en el conducto de escape.

La pérdida de inserción de un atenuador de sonido a veces se denomina pérdida de transmisión .

Los deflectores internos de un atenuador de sonido restringen el flujo de aire, lo que a su vez genera ruido turbulento. El ruido generado por un atenuador de sonido está directamente relacionado con la velocidad del flujo de aire en la zona de constricción y varía proporcionalmente con la superficie del atenuador.

El cambio en el ruido generado se puede expresar como

${\displaystyle Ruido\ Generado\ (dB)=10\log({\frac {A_{1}}{A_{0}}})}$

dónde:

${\displaystyle A_{1}}$= La nueva superficie frontal del atenuador de sonido

${\displaystyle A_{0}}$= Área de la cara de referencia del atenuador de sonido

Por ejemplo, si el atenuador duplica su ancho, manteniendo una velocidad de flujo de aire constante, el ruido generado aumentará en 3  dB. Por el contrario, si el atenuador se reduce en un factor de 10, manteniendo la velocidad de flujo de aire constante, el ruido generado disminuirá en 10  dB. Dado que el ruido generado por la turbulencia causada por los accesorios de los conductos cambia a una tasa de${\displaystyle 50log}$, ^{[ 12 ]} las velocidades del flujo de aire son un componente crítico del dimensionamiento del atenuador.

El ruido regenerado siempre debe revisarse, pero generalmente solo es un problema en salas muy silenciosas (por ejemplo, salas de conciertos , estudios de grabación , salas de ensayo musical) o cuando la velocidad del conducto es mayor a 1500  pies/min. ^{[ 4 ]}

Existe una fórmula de predicción que puede utilizarse para estimar el ruido regenerado del silenciador de conducto si no existen datos ^{[ 13 ] [ 14 ].}

${\displaystyle Lw=55log(V/V_{0})+10log(N)+10log(H/H_{0})-45}$

dónde:

${\displaystyle Lw}$= nivel de potencia sonora generado por el atenuador de sonido (dB)

${\displaystyle V}$= velocidad en la zona transversal constreñida (pies/min)

${\displaystyle V_{0}}$= velocidad de referencia (196,8  pies/min)

${\displaystyle N}$= número de conductos de aire (número de divisores)

${\displaystyle H}$= altura o circunferencia del atenuador de sonido (pulgadas)

${\displaystyle H_{0}}$= dimensión de referencia (0,0394  pulgadas)

Al igual que otros accesorios de conductos, los atenuadores de sonido provocan una caída de presión . Los valores de caída de presión del catálogo, obtenidos mediante la norma ASTM E477, asumen un flujo de aire laminar ideal, que no siempre se encuentra en las instalaciones reales. El Manual ASHRAE proporciona factores de corrección de la caída de presión para diferentes condiciones de entrada y salida. ^{[ 15 ]} Estos factores de corrección se utilizan siempre que exista una estela turbulenta dentro de un rango de 3 a 5 diámetros de conducto aguas arriba o aguas abajo del atenuador. ^{[ 16 ]}

Cuando las dimensiones del atenuador de sonido difieren de las dimensiones del conducto circundante, las transiciones hacia y desde el atenuador de sonido deben ser suaves y graduales. Las transiciones abruptas provocan un aumento significativo de la caída de presión y del ruido regenerado. ^{[ 17 ]}

La caída de presión a través de un atenuador de sonido suele ser mayor que la caída de presión para una longitud equivalente de conducto revestido. Sin embargo, se requieren longitudes significativamente mayores de conducto revestido para lograr la misma atenuación, momento en el que la caída de presión en grandes tramos de conducto revestido es significativamente mayor que la que se produce a través de un solo atenuador de sonido. ^{[ 18 ]}

Las pérdidas por fricción debidas a los atenuadores de sonido disipativos se pueden expresar como ^{[ 11 ].}

${\displaystyle Pérdida\ por\ fricción={\frac {P}{A}}l(K_{f}{\frac {1}{2}}\rho v_{p}^{2}),\ N/m^{2}}$

dónde:

${\displaystyle {\frac {P}{A}}}$= relación entre el perímetro y el área del atenuador de sonido

${\displaystyle l}$= longitud del conducto

${\displaystyle K_{f}}$= El coeficiente de pérdida por fricción

${\displaystyle \rho }$= densidad del aire

${\displaystyle v_{p}^{2}}$= velocidad de paso

El perímetro, el área y la longitud del atenuador de sonido también son parámetros que afectan su caída de presión. ^{[ 16 ]} La pérdida por fricción en el atenuador de sonido es directamente proporcional a su rendimiento de atenuación de ruido, de modo que una mayor atenuación generalmente equivale a una mayor caída de presión.

Los silenciadores reactivos son muy comunes en el diseño de escapes para automóviles y camiones. ^{[ 10 ]} La atenuación se logra principalmente mediante la reflexión del sonido, el cambio de área y las cámaras sintonizadas. ^{[ 11 ]} El diseño de silenciadores reactivos desde cero requiere un alto grado de complejidad matemática, por lo que los fabricantes suelen contar con varios diseños prefabricados.

Los silenciadores disipativos atenúan el sonido transfiriendo la energía sonora al calor. ^{[ 10 ]} Los silenciadores disipativos se utilizan cuando se desea una atenuación de banda ancha con una baja caída de presión. ^{[ 11 ]} En los conductos típicos, las altas frecuencias se propagan a lo largo del conducto como un haz y interactúan mínimamente con los bordes exteriores revestidos. Los atenuadores de sonido con deflectores que interrumpen la línea de visión o los atenuadores de codo con una curva proporcionan una mejor atenuación de alta frecuencia que los conductos revestidos convencionales. ^{[ 19 ]} Generalmente, los atenuadores más largos con deflectores más gruesos tendrán una mayor pérdida de inserción en un rango de frecuencia más amplio. ^{[ 4 ]}

Este tipo de atenuadores se utilizan comúnmente en unidades de tratamiento de aire , unidades fan coil con conductos y en la entrada de aire de compresores , turbinas de gas y otros gabinetes de equipos ventilados. ^{[ 4 ] [ 10 ]} En ciertas aplicaciones de unidades de tratamiento de aire o ventiladores, es común utilizar un silenciador coplanar, un silenciador disipativo dimensionado para el ventilador y montado directamente en la salida del ventilador. ^{[ 23 ]} Esta es una característica común en el diseño de conjuntos de ventiladores.

Atenuadores de sonido diseñados específicamente para evitar la diafonía entre dos espacios cerrados y privados. Su diseño suele incorporar una o más curvas que forman una figura en "Z" o en "U". Esta curva aumenta la eficacia del atenuador de sonido sin incrementar significativamente su longitud total. Los atenuadores de diafonía son dispositivos pasivos y deben dimensionarse para caídas de presión extremadamente bajas, generalmente inferiores a 0,05 pulgadas de columna de agua.

A principios de la década de 1970, American SF Products, Inc. creó el KGE Exhaust Register, que era un dispositivo de distribución de aire con un atenuador de sonido integrado. ^{[ 24 ]}