Resumen de Contribución al modelado acústico de silenciadores de motores de combustión interna alternativos. Aplicación en motores industriales
Los numerosos trabajos de investigación realizados durante las últimas décadas relacionados con la propagación de ondas de presión en conductos, han permitido que tanto el diseño de silenciadores de automoción como las herramientas empleadas para modelar su comportamiento acústico se encuentren prácticamente optimizados en la actualidad. Sin embargo, gran parte de este trabajo no es extrapolable a silenciadores de motores industriales, cuyas grandes dimensiones implican la aparición de efectos tridimensionales del flujo en los rangos de baja y media frecuencia. Estos efectos no se pueden reproducir mediante las técnicas de cálculo que se suelen emplear para silenciadores de automoción, ya que estos métodos están basados en la suposición de propagación de onda plana. A este inconveniente habría que añadir los elevados costes que supone la realización de estudios paramétricos en instalaciones experimentales, los cuales aumentan considerablemente en el caso de silenciadores de motores industriales. Esto evidencia la necesidad de buscar nuevas metodologías de cálculo que proporcionen de forma rápida y eficaz predicciones fiables de la propagación de los modos transversales.
En esta tesis se ha desarrollado un procedimiento de cálculo basado en una versión lineal del método de los volúmenes finitos que permite calcular el comportamiento acústico de silenciadores de escape, independientemente de cuales sean sus dimensiones. Además, como el material absorbente es un elemento constituyente fundamental de estos silenciadores, también se ha desarrollado un modelo unidimensional que reproduce la respuesta acústica de materiales absorbentes fibrosos, que posteriormente se ha implementado en la herramienta de cálculo tridimensional desarrollada para calcular silenciadores disipativos.
Los silenciadores de motores industriales suelen contener soluciones híbridas, donde se combinan cavidades puramente reactivas con disipativas. De esta manera, se consigue mejorar el nivel de atenuación del silenciador en todo el rango de frecuencias. La capacidad de la herramienta de cálculo propuesta en esta tesis para reproducir los efectos puramente reactivos, se ha evaluado mediante el análisis de varias geometrías simples de un tamaño similar a los silenciadores de automoción. Sin embargo, la incorporación de soluciones disipativas implica la realización de un análisis previo del comportamiento acústico de los materiales absorbentes para llevar cuenta de la propagación de ondas sonoras en dichos materiales. Posteriormente, el modelo de cálculo obtenido de este estudio se ha implementado en el nuevo método de cálculo para predecir la respuesta acústica de silenciadores disipativos, los cuales incorporan material absorbente.
Los cálculos obtenidos en todos los casos de estudio citados anteriormente se han validado con datos experimentales obtenidos en un banco de impulsos. Dado que esta instalación experimental presenta serias limitaciones para la caracterización de silenciadores de grandes dimensiones, como los que se usan en aplicaciones industriales, la validación de los cálculos obtenidos con el procedimiento propuesto en estos casos se ha llevado a cabo empleando técnicas de cálculo multidimensional no lineal. Previamente, la fiabilidad de estas técnicas ha sido contrastada con resultados experimentales obtenidos en el banco de impulsos, pero con silenciadores con geometrías propias de vehículos de automoción.
La validez del procedimiento de cálculo propuesto se ha contrastado mediante el análisis de la respuesta acústica de un silenciador con una geometría simple pero con un volumen 30 veces superior al que típicamente se usa en automoción y de un silenciador de un grupo de generación de energía eléctrica. La buena concordancia mostrada a lo largo de este estudio permite concluir que el método desarrollado permite predecir el comportamiento acústico de los silenciadores de escape, incluyendo la propagación de modos transversales y el efecto por la presencia de materiales absorbentes.
