Atenuare a zgomotului de evacuare

CAPITOLUL 1.

Analiza tipurilor constructive de atenuare de zgomot elementare (Studiul solutiilor existente de atenuare complexe formate din combinarea atenuatoarelor elemnetare de zgomot)

1.1 Clasificarea atenuatoarelor de zgomot elementare

Instalatia de evacuare are in componenta numeroase elemente cum ar fi dispozitive catalitice, tevi de legatura, traductoare de oxigen, dispozitive de ancorare, scuturi de protectie termala si atenuatoare de zgomot.

Atenuatoarele de zgomot se impart in doua categorii principale:

Prima categorie este reprezentata de Atenuatoare de absorbtie sau active folosite la reducerea zgomotului caracterizat printr-un spectru continuu(fig 1.1):

Fig 1.1 Tipuri constructive de atenuatoare active

Pentru atenuarea zgomotului care contine componente discontinue sunt folosite Atenuatoarele de reflexie sau reactive (fig 1.2). Acestea sunt introduse mai ales in sistemele de atenuare a zgomotului produs de evacuarea gazelor provenite din combustia motorului cu ardere interna. Atenuatoarele reactive asigura absorbtia zgomotului datorita formarii " unui dop de unde " care impiedica trecerea sunetului la unele frecvete , din cauza influentei masei si elasticitatii aerului in celulele atenuatorului

a1    a2 a3

Fig 1.2 Atenuatoare de zgomot reactive

Atenuatoarele reactive prezinta trei variante

atenuatoare cu camere (filtre acustice tip trece-jos fig 1.2 a1) ;

atenuatoare de rezonanta (filtre acustice tip trece-sus fig 1.2 a2);

atenuatoare combinate (fig 1.2 a3);

1. Caracteristicile atenuatorului reactive cu mai multe camere

Atenuatoarele cu camere realizeaza atenuarea datorita cavitatilor de destindere in sectiunea conductei.Prin cresterea numarului de camere se poate mari capacitatea de atenuare, dar din punct de vedere practice nu este necesara folosirea a mai mult de doua camere identice.La acelasi raport al sectiunii, atenuatorul cu doua camere are o atenuare mai buna.

Singurul dezavantaj ar fi banda de trecere care apare la frecvente joase.

Atenuarea la frecvente mari se poate face mai efficient prin cresterea lungimi tubului de record intre cele doua camere dar astfel se va reduce atenuarea componentelor de frecventa la care se manifesta banda de trecere. Cresterea lungimii camerelor modifica atenuarea la frecvente mari. La acest tip de atenuatoare se poate observa si o componeta rezonanta manifestata la frecvente mai mari depedenta de lungimea camerelor.

2. Caracteristicile atenuatoarelor reactive de rezonanta

Aceste atenuatoare sunt folosite pentru reducerea nivelul zgomotului pe banda ingusta. Constructia atenuatoarelor de reactive se face prin alaturarea unei cavitati cu pereti rigizi la o conducta. Acest resonator se poate compara cu un sistem elastic si este caracterizat de o frecventa proprie.In cazul unei unde elastice monocromatice incidenta, energia acesteia este absorbita complet daca frecventa acesteia este identica cu frecventa proprie a sistemului.

Pentru ca eficienta unor astefel de atenuatoare se manifesta pe benzi inguste de frecventa, in practica atenuarii zgomotului de evacuare se combina mai multe astfel de atenuatoare pentru a imbunatati efectul. Atenuatoarele rezonante au ca scop acoperirea benzilor de trecere lasate de atenuatoarele reactive.

1.2 Metode de calcul acustic

1.2.1 Calculul atenuatoarelor cu camere

Valoarea atenuarii zgomotului de catre un atenuator reactiv cu o singura camera de destindere (fig 1.3)

unde : [ - ];

- lungimea camerei de destindere [ m ];

numarul de unda [] ;

Fig 1.3

Lungimea de unda λ este data de relatia :

Unde : f - frecventa [Hz];

θ - temperatura in interorul tobei [];

In aceste conditii, parametrul adimensional va fi:

Din ecuatia precedenta se observa ca gradul de atenuare [Hz] reprezinta o functie periodica a parametrului (kl_c), repetandu-se dupa π radiani (fig ;

ΔL[dB]    kl_c

π π

Fig 1.4

Cresterea numarului de camere conduce la marirea eficacitatii acustice a atenuatoarelor reactive. In cazul atenuatorului cu doua camere identice si tub de racord exterior, calculul atenuarii se poate face cu relatia:

unde:

in care l_r - reprezinta lungimea tubului de racord

Printr-o dimensionare atenta a tubului de racord,se pot evita domeniile frecventelor de treceare a zgomotului.

1.2.2 Calculul atenuatorului tip palnie (Fig 1.5)

Fig 1.5 Atenuatorul de tip palnie

- sectiunea de intrare in palnie ;

- sectiunea de iesire ;

- impedantele de intrare, respectiv de iesire ;

τ - transmisibilitatea acustica a palniei ;

1.2.3 Calculul atenuatoarelor de rezonanta

In cazul atenuatoarelor de rezonanta (fig 1.6 ) , disiparea maxima a energiei acustice se constata la fecventa de rezonanta , f cand masa inertiala din gatul rezonator este echilibrata de elasticitatea gazului din cavitate:

Fig. 1.6 Atenuatoare de rezonanta

in care :

c - viteza sunetului in conducta ;

v - volumul camerei de rezonanta ;

- admitanta orificiului de comunicatie ;

Valoarea atenuarii in rezonatoarele derivate se calculaza cu relatia

in care : f - frecventa [Hz]

- aria sectiunii conductei de esapare [m²] ;

Valoarea calculata a atenuarii creste la " " pentru deoarece s-a neglijat vascozitatea, acest lucru nu apare in practica;

Largirea benzii de frecvente attenuate se poate realize prin utilizarea rezonatoarelor concentrice, ce permit variatia parametrilor v si in limite largi si , prin aceasta , acordarea la frecventa dorita. Eficacitatea rezonatoarelor concentrice poate fi determinata tot cu relatia:

unde: S - aria unei deschideri [m²]

n - numarul de deschider - adancimea deschiderii[m]

1.2.4 Calculul atenuatoarelor fonoabsorbante cu sicane (fig 1.7)

fig.1.7

Undele de zgomotul se atenueaza la intrarea in contact cu suprafetele formate de stratul de material fonoabsorbant astfel rezulta o reducere a zgomotului pe intreg spectru audibil. Modul de actiune nu este uniform in intreg domeniul sonor, inregistrandu-se in functie de gradul de porozitate si densitatea specifica a materialului utilizat, iar in functie de frcvanta apar difentierile privind actiunea asupra componentelor spectrale ale zgomotului.

frecventa [Hz]

Variatia coeficientului de absorbtie α cu fecventa, pentru o vata

minerala cu insertie de sticla

1.3 Prezentarea unor solutii constructive folosite de catre constructori de autovehicule la realizarea atenuatoarelor complexe

Solutia folosita de BMW pentru atenuatorul final este alaturarea a doua atenuatoare complexe. Primul este un atenuator cu camere, dupa cum se vede si in imagine volumul este impartit in trei sectoare se poate observa si folosirea unui atenuator Helmoltz.Undele sonore trec prin atenuatorul helmoltz apoi se desctind in volumul principal dupa care trec mai departe spre atenuatorul final.

Corpul atenuatorului este realizata din doua straturi de tabla cel de la exterior avand ca rol diminuarea zgomotului radiat de carcasa.

Se poate observa inclinare celor doua tevi pentru impiedicarea formari de contrapresiune pe circuit.

Al 2-lea atenuator este format tot din 3 volume insa aici se face o atenuare mai buna, intrare si iesirea din atenuator fiind de fapt doua volume cu material fonoabsorbant pe baza de fibra de sticla .

Volumul central gazduieste un atenuator Helmoltz

La iesirea din atenuatorul Helmoltz gazele de evacuare intalnesc un perete menit sa incetineasca viteza de curgere dupa care gazele se destind in camera de detena .

Toba intermediara este izolata la interior cu material fono absorbant (fibra de sticla).Fibra de sticla este dispusa concentric in mai multe straturi cu diferite consistente in jurul atenuatoarelor Helmoltz astfel amplificandu-se efectul de atenuare.

Volumul este impartit in doua iar ambele camere sunt protejate de fibra de sticla.Carcasa este realizata din tabla ambutisata sub forma unei elipse .

Si constructorul FIAT foloseste material fonoabsorbant cu fibra de sticla in componenta atenuatoarelor pentru autovehicole.

Structura este in general aceeasi carcasa are o forma eliptica si este realizata din doua straturi suprapuse.

Volumul este impartit in trei sectiuni primele doua reprezinta camerele de detenta iar in a III-a se afla atenuatoarele helmoltz.Undele trec intai prin cele doua camere de detenta apoi sunt filtrate in volumul al III-lea de primul atenuator helmoltz dupa care trec prin ce de-al doilea si apoi parasesc traseul de evacuare.

Intreg volumul in care se afla atenuatoarele helmoltz este umplut cu fibra de sticla astfel atenuare este cu mult superioara datorita mediului mai dens intalnit de undele sonore.

Cei de la Renault au folosit o solutie constructiva simpla .

Atenuatorul are o forma cilindrica iar voluml este impartit in trei, doua camere de detenta si o camera in care se afla doua atenuatoare helmoltz.

Dispunerea orificiilor difera la cele doua atrenuatoare in functie de tipul de atenuare diametrul gaurilor de pe unul dintre atenuatoare Helmolty are o tendinta crescatoare inspre camera de detenta .Volumul interior este foarte generos in dimensiuni permitand destinderea undelor de sunet.

CAPITOLUL 2.

Descrierea instalatiei de masurare si prelucrare a zgomotului de evacuare produs de autovehiculul CIELO(Schita camera anecoica).

Descrierea metodei de masurare a zgomotului de evacuare produs de vehiculele rutiere in stationare.

2.1 Descriere constructiva a traseului de evacuare

Circuitul de evacuare folosit pe autovehiculul Cielo este de conceptie clasica el este format din doua atenuatoare complexe de mijloc si final , tevile de racord care fac legaura intre aceste componentesi scuturile termince care au ca scop protectia caroserie impotriva temperaturi ridicate degajate de atenuatoare (fig 2.1 )

Fig 2.1 Sistem de evacuare Cielo

1- racord cu galeria de evacuare ; 2- atenuator central ; 3,5 - scuturi termice atenuatoare ;

4 - racord intremediar ; 6 - attenuator final

2.2 Analiza atenuator final

Principala componenta din acest circuit care produce atenuarea zgomotului este atenuatorul final .In componenta acestuia au fost incluse mai multe tipuri de atenuatoare printre care gasim atenuatoare de rezonanta tip Helmoltz in numar de trei si un atenuatoar cu camere .

Volumul este impartit in patru sectoare distincte fiecare avand un rol predeterminat

Carcasa de forma eliptica este executata prin suprapunerea a doua starturi de tabla cu scop principal de atenuare a vibratiilor dar si de atenuator terminic.

De bagat desen detaliat cielo

CAPITOLUL 3.

Studiul instalatiei de atenuare a zgomotului de evacuare existent pe autovehiculul Cielo

Zgomotul produs de autovehicule este limitat prin normele continute in Directiva 70/157 CEE existente in tarile Uniunii Europene. Directiva contine valorile in care trebuie sa se incadreze nivelurile de zgomot produse de vehicul atat in mers cat si in stationare.

Conditiile de calitate impuse prin Directiva 70/157CEE sunt redate in continuare.

Nivelul sonor masurat nu trebuie sa depaseasca urmatoarele limite :

Constructori de autovehicule au raspuns limitarilor introduse de standardele si de normele referitoare la reducerea poluarii sonore prin realizarea unor produse din ce in ce mai silentioase , actionand atat la nivelul fiecarei surse importante de zgomot , cat si asupra cailor de transmitere a zgomotului de la sursa catre exterior .

Principalele norme referitoare la poluarea sonora produsa de autovehicule sunt

SR ISO 5128/1998 - Masurarea zgomotului in interiorul autovehiculelor.

SR ISO 5130 Masurarea zgomotului emis de vehicule rutiere in conditii reprezentative pentru conducerea urbana.

SR ISO 7188 Masurarea zgomotului emis de autoturisme in conditii reprezentative pentru conducerea urbana.

Regulament ECE - ONU nr. 51 - Prescriptii uniforme referitoare la omologarea autovehiculelor avand cel putin patru roti, in ceea ce priveste zgomotul.

Directiva nr. 70/157/CEE - Nivelul admisibil de zgomot al autovehiculelor si al dispozitivelor de evacuare a gazelor .

R.N.T.R. 2 - Reglementari si norme tehnice in transporturi rutiere, eliberate de Ministerul Transporturilor, 1999.

3.1 Descrierea metodei de masurare

Conditii standard de pentru masurarea zgomotului exterior, in stationare

Schema locului de incercare este prezenta in figura 3.1 . Pe suprafata aflata in aer liber se traseaza un dreptunghi ale carui laturi se afla la cel putin 3 m fata de extremitatile autovehicului si in interiorul caruia nu trebuie sa existe nici un obstacol important. In timpul masuratorilor , nici o persoananu trebuie sa se gaseasca in zona specificata, cu exceptia celei care face masuratorile si a conducatorului autovehiculului ; prezenta si actiunile acestora nu trebuie sa influenteze masuratorile. Autovehiculul este asezat in centrul zonei de incercare , cu transmisia in pozitie neutra si ambreiajul cuplat .

Inaintea fiecarei serii de incercari , motorul este adus la conditiile normale de functionare.

Daca autovehiculul este echipat cu unul sau mai multe ventilatoare cu declansare automata , sistemul nu trebuie perturbat in timpul masuratorilor .

Masuratorile s au efectuat conform conditiilor de mai sus insa vehiculul a fost introdus intr-o camera anecoica pentru indepartarea altor surselor de zgomot care ar fi putut influenta masuratorile .

Dupa pozitionarea autovehicolului in interiorul camerei anecoice s-au instalat aparatele de masura .Ulterior etalonari sonometrului s-au efectuat cateva masuratori pentru observarea nivelului de zgomot din interiorul camerei anecoice .

3.2 Descrierea instalatiei de masurare si prelucrare

3.2.1 Descrierea locului de desfasurare a masuratorilor

Locul in care s au defasurat masuratorile a fost ales mai ales datorita existentei in mediul exterior a zgomotelor parazite. Masuratorile s-au efectuat in interiorul unei camere anecoice.

Dupa introducerea vehicolului in camera s a realizat pozitionare acestuia in comformitate cu conditiile standard de masurare .

Se poate observa stratul fonoabsorbant din interiorul camerei anecoice

3.2.2 Lantul de masurare

Este prezentat in fig 3.2 unde sunt folosite notatiile

Componenta

1. microfon ; 2 . amplificator de sunet ; 3 . sitem achizitie date; 4 . unitate de prelucrare date ( computer desktop ) ; 5 autovehicul Cielo

Aparate de masura

Sonometru de precizie - se etaloneza la inceputul si la sfarsitul masuratorilor , utilizand pistonfonul , in conformitate cu instructiunile producatorului ; masuratorile se exexuta selectand ponderarile in timp si frecventa

3.3 Calculul instalatiei de evacuare

Calculul se va face separat pentru fiecare atenuator in parte

Volumul A ( atenuator de rezonanta )

date de intrare :   

- viteza sunetului c = 334 [m/s]

- numarul de orificii atenuator ( deschideri ) n = 120

- diametru " n " d = 0.0015 [m]

- adancimea deschiderii = 0.0015 [m]

calculul volumului de atenuare se face cu relatia

admitanta

unde S este aria unei deschideri []

frecventa de rezonata

Valoarea atenuarii se calculeaza cu relatia:

in care : f -frecventa [Hz]

- aria sectiuni conductei de esapare []

3. 3.2 Volumul B ( atenuator de rezonanta )

date de intrare :   

- viteza sunetului    c = 334 [m/s]

- numarul de orificii atenuator ( deschideri ) n = 198

- diametru " n " d = 0.0015 [m]

- adancimea deschiderii = 0.0015 [m]

admitanta unde S este aria unei deschideri []

frecventa de rezonata

Valoarea atenuarii se calculeaza cu relatia:

in care : f -frecventa [Hz]

- aria sectiuni conductei de esapare []

3. 3.3 Volumul C ( atenuator de rezonanta )

date de intrare :   

- viteza sunetului    c = 334 [m/s]

- numarul de orificii atenuator

( deschideri ) n = 21

- diametru " n " d = 0.0015 [m]

- adancimea deschiderii = 0.0015 [m]

admitanta     unde S este aria unei deschideri []

frecventa de rezonata

Valoarea atenuarii se calculeaza cu relatia:

in care : f -frecventa [Hz]

- aria sectiuni conductei de esapare []

3. 3.4 Volumul D ( atenuator cu camere )

Valoarea atenuari se determina cu relatia

[dB]a

lc - lungimea camerei de destindere [m ]

lc = 0.068 m

unde   

lc - lungimea camerei de destindere [m ]

m= 16.031 m

Lungimea de unda este data de relatia :

C

numarul de unda