Un atenuador de sonido , o silenciador de conductos, trampa de sonido o silenciador , es un tratamiento acústico de control de ruido de los conductos de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) diseñado para reducir la transmisión de ruido a través de los conductos, ya sea desde el equipo hacia espacios ocupados en un edificio o entre espacios ocupados. [1] [2]
En su forma más simple, un atenuador de sonido consiste en un deflector dentro de los conductos. Estos deflectores a menudo contienen materiales que absorben el sonido . Las dimensiones físicas y la configuración del deflector de los atenuadores de sonido se seleccionan para atenuar un rango específico de frecuencias . A diferencia de los conductos revestidos internamente convencionales, que solo son efectivos para atenuar el ruido de frecuencia media y alta, [3] los atenuadores de sonido pueden lograr una atenuación de banda más amplia en longitudes relativamente cortas. [2] Ciertos tipos de atenuadores de sonido son esencialmente un resonador de Helmholtz utilizado como un dispositivo de control de ruido pasivo.
Generalmente los atenuadores de sonido constan de los siguientes elementos:
Los atenuadores de sonido están disponibles en formatos circulares y rectangulares. Los atenuadores de sonido rectangulares prefabricados suelen tener longitudes de 3, 5, 7 o 9 pies. El ancho y la altura de los atenuadores de sonido suelen estar determinados por los conductos circundantes, aunque hay opciones de medios extendidos disponibles para una mejor atenuación. Los deflectores de los atenuadores de sonido rectangulares se denominan comúnmente divisores, mientras que los atenuadores de sonido circulares contienen un deflector en forma de bala. [7]
Los atenuadores de sonido se clasifican normalmente como "bajos", "medios" o "altos" según las características de rendimiento o la velocidad del conducto. A continuación se muestra un ejemplo de esquema de clasificación.
Las propiedades acústicas de los atenuadores de sonido disponibles comercialmente se prueban de acuerdo con la norma ASTM E477: Método de prueba estándar para mediciones de laboratorio del rendimiento acústico y de flujo de aire de materiales de revestimiento de conductos y silenciadores prefabricados. [9] Estas pruebas se llevan a cabo en instalaciones acreditadas por NVLAP y luego el fabricante las informa en boletines de marketing o ingeniería. Fuera de los EE. UU., los atenuadores de sonido se prueban de acuerdo con la norma británica 4718 (antigua) o ISO 7235.
La pérdida de inserción dinámica de un atenuador de sonido es la cantidad de atenuación, en decibeles , proporcionada por el silenciador en condiciones de flujo. Si bien las condiciones de flujo en sistemas de conductos de baja velocidad típicos rara vez superan los 2000–3000 pies/min, los atenuadores de sonido para respiraderos de vapor deben soportar velocidades de flujo de aire en el rango de 15 000–20 000 pies/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]
dónde:
= Potencia sonora radiada desde el conducto con el atenuador
= 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 irrumpe en los conductos 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 constriñen 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 constricción y cambia proporcionalmente con el área frontal del atenuador de sonido.
El cambio en el ruido generado se puede expresar como
dónde:
= La nueva área frontal del atenuador de sonido
= Área de referencia de la cara 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 encoge por un factor de 10, manteniendo constante la velocidad de flujo de aire, el ruido generado disminuirá en 10 dB. Dado que el ruido generado por turbulencia causado por los accesorios de los conductos cambia a una tasa de , [12] las velocidades del flujo de aire son un componente crítico del tamaño del atenuador.
El ruido regenerado siempre debe revisarse, pero generalmente solo es una preocupación en salas muy silenciosas (por ejemplo, salas de conciertos , estudios de grabación , salas de ensayo de música) o cuando la velocidad de los conductos es mayor a 1500 pies/m. [4]
Existe una fórmula de predicción que se puede utilizar para estimar el ruido regenerado del silenciador de conducto si no existen datos [13] [14]
dónde:
= nivel de potencia sonora generado por el atenuador de sonido (dB)
= velocidad en el área transversal restringida (pies/min)
= velocidad de referencia (196,8 pies/min)
= número de pasos de aire (número de divisores)
= altura o circunferencia del atenuador de sonido (pulgadas)
= dimensión de referencia (0,0394 pulgadas)
Al igual que otros accesorios para conductos, los atenuadores de sonido provocan una caída de presión . Los valores de caída de presión del catálogo obtenidos a través de ASTM E477 suponen un flujo de aire laminar ideal, que no siempre se encuentra en las instalaciones de campo. El Manual ASHRAE proporciona factores de corrección de caída de presión para diferentes condiciones de entrada y salida. [15] Estos factores de corrección se utilizan siempre que hay una estela turbulenta dentro 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 hacen que la caída de presión y el ruido regenerado aumenten significativamente. [17]
La caída de presión a través de un atenuador de sonido es típicamente 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 una atenuación igual, en cuyo punto la caída de presión de grandes extensiones 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 atenuadores de sonido disipativos se pueden expresar como [11]
dónde:
= relación entre el perímetro y el área del atenuador de sonido
= longitud del conducto
= El coeficiente de pérdida por fricción
= densidad del aire
= 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 de fricción en el atenuador de sonido es directamente proporcional a su rendimiento de atenuación de ruido, por lo que una mayor atenuación generalmente equivale a una mayor caída de presión.
Los atenuadores de sonido prefabricados ganaron importancia a fines de la década de 1950 y principios de la década de 1960. [2] Varios fabricantes estuvieron entre los primeros en producir y probar atenuadores de sonido prefabricados: Koppers , [19] [20] Industrial Acoustics Company, [21] Industrial Sound Control, [22] y Elof Hansson. [19]
Aunque los atenuadores disipativos rectangulares son la variante más común de atenuadores utilizados hoy en día en el control del ruido acústico arquitectónico , existen otras opciones de diseño.
Los silenciadores reactivos son muy comunes en el diseño de silenciadores de automóviles y camiones. [10] La atenuación se logra principalmente a través de la reflexión del sonido, el cambio de área y las cámaras ajustadas. [11] El diseño de silenciadores reactivos desde cero es matemáticamente intensivo, por lo que los fabricantes a menudo tienen una serie de diseños prefabricados.
Los silenciadores disipativos atenúan el sonido al transferir la energía sonora al calor. [10] Los silenciadores disipativos se utilizan cuando se desea una atenuación de banda ancha con baja caída de presión. [11] En los conductos típicos, las frecuencias altas se propagan por el conducto como un haz e interactúan mínimamente con los bordes exteriores revestidos. Los atenuadores de sonido con deflectores que rompen 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]
Estos tipos de atenuadores se utilizan comúnmente en unidades de tratamiento de aire , unidades fan coil canalizadas y en la entrada de aire de compresores , turbinas de gas y otros recintos de equipos ventilados. [4] [10] En ciertas aplicaciones de ventiladores o unidades de tratamiento de aire, 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 privados cerrados. Su diseño generalmente incorpora una o más curvas para formar una "Z" o una "U". Esta curva aumenta la eficacia del atenuador de sonido sin aumentar significativamente su longitud total. Los atenuadores de diafonía son dispositivos pasivos y deben dimensionarse para caídas de presión extremadamente bajas, generalmente menos de 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]
En primer lugar, el ingeniero de control de ruido del proyecto (o acústico), el ingeniero mecánico y el representante del equipo seleccionan el equipo más silencioso posible que cumpla con los requisitos mecánicos y las limitaciones presupuestarias del proyecto. Luego, los ingenieros de control de ruido calcularán normalmente la ruta, sin el atenuador primero. La pérdida de inserción del atenuador de sonido requerida es la diferencia entre la ruta calculada y el nivel de ruido de fondo objetivo. [16] Si no es posible seleccionar un atenuador, el ingeniero de control de ruido y el mecánico deben reevaluar la ruta entre el equipo y el atenuador de sonido. Cuando las limitaciones de espacio no permiten un atenuador recto, se puede utilizar un atenuador de codo o de transición. [16]
Los silenciadores de conductos ocupan un lugar destacado en los sistemas en los que está prohibido el revestimiento interno de conductos de fibra de vidrio. Si bien la contribución de la fibra de vidrio a la calidad del aire es insignificante, [25] muchos proyectos de educación superior han adoptado un límite para el revestimiento interno de fibra de vidrio. En estas situaciones, el especialista en acústica del proyecto debe confiar en los silenciadores de conductos como el principal medio de atenuación del ruido de los ventiladores y del ruido transmitido por los conductos.
Los atenuadores de sonido se ubican típicamente cerca de equipos mecánicos con conductos, para atenuar el ruido que se propaga por el conducto. Esto crea una disyuntiva: el atenuador de sonido debe ubicarse cerca del ventilador y, sin embargo, el aire suele ser más turbulento cerca de los ventiladores y las compuertas. [16] Idealmente, los atenuadores de sonido deben extenderse a lo largo de la pared de la sala de equipos mecánicos siempre que no haya compuertas cortafuegos. [26] Si un atenuador de sonido se ubica sobre un espacio ocupado, el ingeniero de control de ruido debe confirmar que el ruido de ruptura del conducto no sea un problema antes del atenuador. [23] Si hay una distancia significativa entre el atenuador y la penetración en la sala de máquinas, puede ser necesario un revestimiento adicional del conducto (como una manta externa de fibra de vidrio o revestimiento de yeso) para evitar que el ruido ingrese al conducto y pase por alto el atenuador. [23]
Los atenuadores de sonido también se pueden utilizar en exteriores para silenciar torres de refrigeración , entradas de aire de generadores de emergencia y ventiladores de extracción. [4] Los equipos más grandes requerirán una serie de atenuadores de sonido, también conocidos como banco de atenuadores.
{{cite book}}: CS1 maint: nombres múltiples: lista de autores ( enlace ) CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ){{cite book}}: CS1 maint: nombres múltiples: lista de autores ( enlace ) CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ){{cite book}}: CS1 maint: nombres múltiples: lista de autores ( enlace ) CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )