I canali rettangolari costruiti con lamiera metallica presentano una bassa attenuazione sonora dell’ordine di 0,1 dB/m. I canali circolari risultano molto più rigidi di quelli rettangolari. Ciò deter-mina una ancora minore capacità di assorbire energia e quindi valori di attenuazione più bassi. Un primo provvedimento per aumentare l’attenuazione della potenza sonora lungo i condotti è quello di rivestire internamente i canali con uno strato di materiale poroso, spesso da 2 a 5 cm, con facciavista di protezione (sistema dissipativo). Il trattamento, oltre alla funzione acu-stica di attenuazione del rumore che si propaga nel condotto, assolve anche alla funzione di isolante termico. L’attenuazione per metro di canale, variabile con la frequenza, é tanto più alta quanto é maggiore il rapporto tra il perimetro ricoperto e l’area della sezione del canale. Inoltre, essa dipende dallo spessore e dal tipo di materiale usato.
Per spessori realistici l’attenuazione è comunque molto carente alle basse frequenze. Inoltre le recenti problematiche legate al controllo qualità dell’aria (contaminazione batterica e pre-senza di fibre) sconsigliano l’uso di materiale poroso con fibre naturali specie negli ambienti dove sono richieste condizioni particolari di purezza dell’aria (ospedali, industrie alimentari, farmaceutiche, elettroniche).
Nell’ambito della protezione del materiale fibroso, si è ampiamente indagato sugli effetti di pannelli microforati o fogli plastici impervi di spessore trascurabile sull’attenuazione di filtri acustici.
Il rivestimento con lamiera perforata di porosità superiore al 35% non altera le prestazioni dei dispositivi mentre con una porosità del 5-10% sono evidenti riduzioni dell’ordine del 10-20% del valore della perdita d’inserzione (in dB) alle alte frequenze dove tali sistemi risultano comunque più efficienti.
Silenziatori reattivi
Ulteriore attenuazione può essere realizzata sfruttando la presenza di plenum. I plenum di
Scheda 22
distribuzione (Figura 22.1), quando provvisti di un buon sistema fonoassorbente sulle superfici interne che é anche un isolante termico, permettono di realizzare elevati valori di attenuazione.
Per il calcolo dell’attenuazione ATTN (livello di potenza sonora in ingresso Lw1- livello di potenza sonora in uscita Lw2) di un plenum può essere utilizzata l’espressione seguente:
con:
α = coefficiente di assorbimento del rivestimento interno S2 = area della bocca di uscita del plenum (m2)
St = area totale delle superfici del plenum (m2)
d = distanza tra la bocca di ingresso e la bocca di uscita (m)
θ = angolo tra la direzione congiungente le bocche d’ingresso e d’uscita e la normale alla bocca d’uscita (gradi)
Silenziatori concentrati
Essi sono in genere realizzati con setti di materiale fonoassorbente protetti superficialmente con lamiera metallica forata o altro sistema.
I parametri che caratterizzano le presta-zioni acustiche di questi dispositivi sono: • l’attenuazione: riduzione del livello della potenza sonora conseguente all’inserimento del filtro;
• il rumore aerodinamico generato: il livello della potenza sonora genera-to dal flusso di aria che attraversa il
filtro (crescente con la velocità di attraversamento del filtro);
• la perdita di pressione statica che dipende dalla geometria del filtro e dalla velocità fronta-le dell’aria il flusso diretto ed inverso: i filtri hanno differenti caratteristiche acustiche ed aerodinamiche a seconda della direzione del flusso.
Le case costruttrici di tali dispositivi forniscono i valori di attenuazione raggiungibili nelle diver-se condizioni operative.
Figura 22.1: Plenum di distribuzione.
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2 2L’attenuazione raggiungibile con i filtri in commercio dipende dalla velocità dell’aria in attra-versamento, dalla lunghezza del filtro, dalla distanza tra i setti e dal coefficiente di assorbi-mento del setto. In ogni caso l’attenuazione è carente alle basse frequenze se non preveden-do ingombri poco pratici.
Recentemente, per la costruzione di filtri acustici d’aria sono stati utilizzati pannelli microfora-ti (pannelli di lamiera con fori di diametro inferiore ad un millimetro) su intercapedine d’aria (Figura 22.2).
È ampiamente dimostrato che se i fori del pannello sono molto piccoli (cosa peraltro oggi tec-nologicamente realizzabile entro certi limiti) la resistenza acustica aumenta considerevolmen-te realizzando un elevato rapporto tra resisconsiderevolmen-tenza acustica e massa acustica. Questi sisconsiderevolmen-temi possono diventare degli efficienti assorbitori, senza l’uso di materiale fibroso, se utilizzati sia lungo i canali di distribuzione sia in sistemi concentrati.
Per sopperire alla carenza di attenuazione alle basse frequenze, di recente sono stati speri-mentati silenziatori cosiddetti attivi.
I sistemi di controllo attivo del rumore trovano applicazione pratica nella propagazione intu-bata. Di fatto il campo sonoro a bassa frequenza ha una struttura abbastanza semplice rispet-to a quello in un ambiente tridimensionale. Nella regione delle basse frequenze è modesta l’eccitazione dei modi superiori per cui l’aspetto acustico del problema può essere schema-tizzato in termini di campo piano. Si tratta quindi di generare nella sezione in cui è posta la sorgente ausiliaria un campo pressoché piano in cui la pressione sonora istante per istante è uguale ed opposta a quella del rumore primari che si propaga verso valle. I filtri attivi sono, di principio, costituiti da un microprocessore, da due microfoni posti a una determinata distan-za all’interno del canale e da un altoparlante posizionato tra i microfoni e posto all’esterno del canale ma che irradia suono all’interno di questo. Il microfono più vicino alla sorgente rileva il rumore, il segnale viene elaborato dal microprocessore il quale genera un segnale in contro-fase che viene irradiato dall’altoparlante. Il secondo microfono, a valle dell’altoparlante, regi-stra l’avvenuta attenuazione e invia il segnale di “feedback” al microprocessore per eventua-li ulteriori correzioni. (vedi Scheda n.16).
Silenziatori sono utilizzati anche per lo scarico di gas di motori (in genere silenziatori reattivi in serie) e per gli scarichi di aria compressa in cui l’elevata turbolenza causa di rumorosità è ridotta mediante il passaggio dell’aria direttamente attraverso materiale poroso (sistema dis-sipativo).
Silenziatori a strozzamento
I silenziatori a strozzamento funzionano attraverso il principio fisico di trasformazione dell’e-nergia sonora in edell’e-nergia termica (calore) e ciò avviene per effetto dell’attrito tra il fluido in movimento e le pareti del condotto di materiale poroso in cui parte dell’energia sonora viene intrappolata. Come effetto secondario, dovuto all’attraversamento, si ha la riduzione della velocità di uscita del fluido e quindi del suono per la perdita di carico con ulteriore perdita di energia sonora.
Per cui maggiore è lo spessore dello strato poroso attraversato e della sua resistenza al flus-so, maggiore sarà la perdita di carico e quindi maggiore sarà l’attenuazione dell’energia sonora (Figura 23.1).
Quindi l’efficacia di tali silenziatori dipenderà appunto dallo spessore e dalla resistenza dello strato poroso.
I silenziatori a strozzamento vengono utilizzati per moto di fluidi in cui l’aumento delle perdite di carico dovuto ad essi non hanno influenza sul loro flusso e quando si ha necessità di avere una attenuazione con ingombri ridotti, come ad esempio per flussi in aspirazione e/o manda-ta in condotti di aria, gas o vapore.
Il limite di tali silenziatori è che non possono essere installati lì dove si hanno flussi di fluido con presenze di particelle di impurità, che finirebbero per intasare i pori del materiale con un notevole incremento dell’attrito, ovvero dove la presenza di acqua, anche allo stato di vapo-re, possa dar luogo alla formazione di ghiaccio.
Per quanto riguarda le caratteristiche meccaniche del materiale costituente lo strato poroso, questi dovrà essere resistente alle sollecitazioni dovute alla contropressione esercitata senza che si compatti diminuendo così la porosità ed inoltre dovrà rendere minimi i fenomeni di cor-rosione nel tempo che finirebbero per occludere i passaggi del fluido.
Solitamente lo strato poroso utilizzato è composto da paglietta in acciaio inossidabile con densità calcolata a secondo del tipo di fluido e della contropressione da esercitare.