Aplicação de absorvedores tipo membrana em cavidades e filtros acústicos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológio. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.Os absorvedores tipo membrana são absorvedores acústicos compostos de uma cavidade, cujo interior é parcialmente preenchido com material poroso, e por uma membrana flexível (no topo da cavidade) que vibra sob a ação de uma onda acústica. As perdas estruturais da membrana e as perdas proporcionadas pelo material poroso criam um sistema ressonante capaz de absorver a energia acústica de uma onda sonora em banda satisfatoriamente larga. Além de proporcionarem uma boa atenuação do ruído gerado por compressores, os absorvedores de membrana oferecem proteção ao material poroso contra os efeitos danosos do óleo lubrificante presente na cavidade do mesmo. Para se entender as características de atenuação sonora de absorvedores de membrana pesquisa foi realizada usando procedimentos experimentais e modelos computacionais. Utilizando um modelo analítico foi possível explorar como os parâmetros principais afetam a resposta do absorvedor de membrana. Um modelo computacional do absorvedor tipo membrana foi desenvolvido para a análise da interação entre fluido e estrutura. Simulou-se também a aplicação do absorvedor de membrana no interior de tubos e mufflers e o efeito resultante nas funções de transferência dos mesmos, bem como a redução que é capaz de introduzir na pressão sonora média quando o absorvedor de membrana é inserido em uma cavidade. Em todas as etapas do trabalho os resultados obtidos com os modelos computacionais foram comparados com dados experimentais obtidos no laboratório. Finalmente, uma análise crítica dos resultados pôde ser feita. Conclui-se que é possível obter boa atenuação do ruído aplicando-se os absorvedores de membrana em tubos, mufflers e cavidades, e que, apesar das limitações presentes nas simulações e das dificuldades e incertezas das medições experimentais, os modelos computacionais se mostram uma ferramenta importante e eficiente de análise. Membrane absorbers are acoustic absorbers consisting of a cavity partially filled with porous material, and a flexible membrane (at the top of the cavity) which vibrates in response to an incident sound wave. Membrane structural losses and the losses provided by the porous material create a resonant system able to absorb acoustic energy in a satisfactory wide band. Besides providing good compressor noise attenuation, membrane absorbers offer protection to the porous material against the damaging effects of lubricating oil inside a compressor cavity. In order to further understand the sound attenuation characteristics of membrane absorbers research was undertaken with experimental methods and computer-based models. Using an analytical model it was possible to explore how the main parameters affect the acoustic response of membrane absorbers. A computer model of the membrane absorber was then created which took into account the fluid-structure interaction between the membrane and the cavity of the absorber. A further simulation modelled the application of membrane absorbers to the interior of tubes and mufflers and the resultant effect on their transfer functions. The reduction of interior spatial averaged sound pressure was also investigated for membrane absorbers applied inside a cavity. Through all phases of this research results obtained through computer simulations were compared with experimental data obtained on the laboratory. Finally, the results have been subjected to a critical review. It was concluded that good noise reduction may be achieved through membrane absorber application in tubes, mufflers and cavities, and that, despite the limitation of the simulations and of difficulties and uncertainties in the measurements, the computer models were shown to be an important and effective analysis tool