analise de dispositivos atenuadores de ruÍdos em sistemas de exaustÃo automotivos

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ANALISE DE DISPOSITIVOS ATENUADORES DE RUÍDOS EM SISTEMAS DE EXAUSTÃO AUTOMOTIVOS Alexandre Batista Gomes, alexandre1989baikal@gm ail.com Giovani Alves Bueno, giovanibueno@gmai l.com Universidade Federal de Itajubá, Avenida BPS 1303, 37500-903, Itajubá, Brasil  Abs t rac t .  The purpose of this paper is to present an overview regarding the automotive exhaust systems, focusing in the noise suppression devices. The studies related to the optimization of exhaust systems are based in acoustics and  fluid-dynamics phenomenon’s, the observation of these variables allowed the identification of sound waves and its  propagations parameters, i nside the exhaust pipes, crucial inf ormation to determine the best geometry t o each of the exhaust system components. The research and study process permitted the determination of the best exhaust  features and devices for each of studied cases. K ey wo r ds : Exhaust systems, Noise suppression, Acoustics, Exhaust design.  R e sum o. O objetivo deste artigo é apresentar uma visão global a respeito dos sistemas de exaustão automotivos,  focando nos dispositivos atenuadores de ruído. Os estudos relacionados com a otimização dos sistemas de exaustão são baseados em fenômenos acústicos e fluidodinâmicos, a observação destes fenômenos permitiram a identificação de ondas sonoras e seus parâmetros de propagação, dentro dos tubos de escape, informação crucial  para se determinar a melhor geometria para cada componente do sistema de exaustão. O processo de pesquisa e estudo permitiu a determinação das melhores configurações e equipamentos para cada caso estudado. Palavras Chave: Sistemas de exaustão, Supressão de ruído, Acústica, Design de escapamentos. 1. INTRODUÇÃO Sistemas de escapamentos vêm sido desenvolvidos para funcionarem como atenuadores de ruídos, e alguns de seus componentes têm como objetivo diminuir a quantidade de gases nocivos ao ambiente. Logo viu se necessário à otimização de componentes, como coletores de escape, tubo de escapamento, abafadores, geometria do silencioso, câmara ressonadora. O presente estudo visa demostrar, e apresentar opções de forma a aperfeiçoar o desempenho de componentes supressores de ruído. Será apresentado à influência da geometria do silencioso sobre a amplitude sonora, métodos de otimização para construção de componentes do silencioso, ensaios de motores de combustão interna conectados com sistema de exaustão completo. Um componente fundamental para atenuação de ruído é o ressonador, que basicamente é um filtro acústico. Seu principio de funcionamento é análogo a câmara de ressonância de Holmholz, que induz a queda de pressão acarretando na diminuição da amplitude. Ruídos provenientes do sistema de exaustão são uma das principais fontes da sensação de conforto interno, além disso, segundo (Filardi, 2003) uma das principais causas são o ruído de boca  produzido pelas flut uações de pressão no sistem a causadas pela ação das vál vulas de descarga, ruído de radi ação das superfícies dos silenciadores que é provocado pelas flutuações nos tubos do sistema. 2. COMPONENTES DO SISTEMA DE EXAUSTÃO Os sistemas de exaustão automotiva são constituídos de vários componentes, dentre eles: tubo de distribuição, sensores de temperatura termopares, conversores catalíticos, ressonadores, junções, tubos de escapamento e silencioso. Será abordado neste estudo, componentes que atenuam ou eliminem ruídos, dentre eles temos os ressonadores, abafadores, placas circulares perfuradas e silenciadores. A figura 1 apresenta a constituição  básica de um sistema de esca pamento autom otivo  

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  • ANALISE DE DISPOSITIVOS ATENUADORES DE RUDOS EM

    SISTEMAS DE EXAUSTO AUTOMOTIVOS

    Alexandre Batista Gomes, [email protected]

    Giovani Alves Bueno, [email protected]

    Universidade Federal de Itajub, Avenida BPS 1303, 37500-903, Itajub, Brasil

    Abstract. The purpose of this paper is to present an overview regarding the automotive exhaust systems, focusing in

    the noise suppression devices. The studies related to the optimization of exhaust systems are based in acoustics and

    fluid-dynamics phenomenons, the observation of these variables allowed the identification of sound waves and its propagations parameters, inside the exhaust pipes, crucial information to determine the best geometry to each of

    the exhaust system components. The research and study process permitted the determination of the best exhaust

    features and devices for each of studied cases.

    Keywords: Exhaust systems, Noise suppression, Acoustics, Exhaust design.

    Resumo. O objetivo deste artigo apresentar uma viso global a respeito dos sistemas de exausto automotivos,

    focando nos dispositivos atenuadores de rudo. Os estudos relacionados com a otimizao dos sistemas de

    exausto so baseados em fenmenos acsticos e fluidodinmicos, a observao destes fenmenos permitiram a

    identificao de ondas sonoras e seus parmetros de propagao, dentro dos tubos de escape, informao crucial

    para se determinar a melhor geometria para cada componente do sistema de exausto. O processo de pesquisa e

    estudo permitiu a determinao das melhores configuraes e equipamentos para cada caso estudado.

    Palavras Chave: Sistemas de exausto, Supresso de rudo, Acstica, Design de escapamentos.

    1. INTRODUO

    Sistemas de escapamentos vm sido desenvolvidos para funcionarem como atenuadores de rudos, e alguns

    de seus componentes tm como objetivo diminuir a quantidade de gases nocivos ao ambiente. Logo viu se

    necessrio otimizao de componentes, como coletores de escape, tubo de escapamento, abafadores, geometria do

    silencioso, cmara ressonadora.

    O presente estudo visa demostrar, e apresentar opes de forma a aperfeioar o desempenho de

    componentes supressores de rudo. Ser apresentado influncia da geometria do silencioso sobre a amplitude

    sonora, mtodos de otimizao para construo de componentes do silencioso, ensaios de motores de combusto

    interna conectados com sistema de exausto completo.

    Um componente fundamental para atenuao de rudo o ressonador, que basicamente um filtro acstico.

    Seu principio de funcionamento anlogo a cmara de ressonncia de Holmholz, que induz a queda de presso

    acarretando na diminuio da amplitude. Rudos provenientes do sistema de exausto so uma das principais fontes

    da sensao de conforto interno, alm disso, segundo (Filardi, 2003) uma das principais causas so o rudo de boca

    produzido pelas flutuaes de presso no sistema causadas pela ao das vlvulas de descarga, rudo de radiao das

    superfcies dos silenciadores que provocado pelas flutuaes nos tubos do sistema.

    2. COMPONENTES DO SISTEMA DE EXAUSTO

    Os sistemas de exausto automotiva so constitudos de vrios componentes, dentre eles: tubo de

    distribuio, sensores de temperatura termopares, conversores catalticos, ressonadores, junes, tubos de

    escapamento e silencioso. Ser abordado neste estudo, componentes que atenuam ou eliminem rudos, dentre eles

    temos os ressonadores, abafadores, placas circulares perfuradas e silenciadores. A figura 1 apresenta a constituio

    bsica de um sistema de escapamento automotivo

  • Figura 1: componentes de um sistema de exausto automotivo (Nissan Motor Company Limited)

    2.1. Mtodo de obteno e analise de dados

    O estudo da otimizao de sistemas exautores para automveis, tem como base a cincia da acstica, todos

    os componentes so construdos com base na analise de fenmenos acsticos e fluidodinmicos. De forma geral o

    sistema de exausto dimensionado acusticamente como um tubo aberto em ambas s extremidades. Considerando

    esta situao, podemos assim descrever o comportamento do nmero de onda, que por sua vez est relacionado com

    sua velocidade de propagao, comprimento do tubo e frequncia. A equao (1) permite o calculo da frequncia,

    enquanto a figura (2) apresenta um tubo aberto em ambas s extremidades e como se comporta a onda, alm de

    demonstrar a importncia do numero de onda N.

    Figura 2: Deslocamento de onda em tubo aberto (Galter et. al., 2001).

  • (

    )

    Equao (1), temos v [m\s] e a velocidade de propagao da onda no meio, no caso o ar, L [m] e o comprimento do

    tubo e por fim N sendo o nmero de onda, no caso uma grandeza adimensional.

    O projeto de um sistema de escapamento envolve muitos parmetros, como potncia do motor,

    comprimento do escapamento, materiais, combustvel (Diesel ou gasolina) e nmero de cilindros. Frequentemente, a

    indstria automotiva faz uso de ferramentas computacionais para o desenvolvimento de componentes de sistema de

    exausto, esta a primeira etapa implantada, aps as consideraes de projetos.

    Simulaes computacionais no fornecem uma soluo exata para o desenvolvimento de determinados

    componentes, ento, tem se a necessidade de realizar testes do conjunto do escapamento, podendo assim comparar

    dados e permitir sua produo. Na realizao do ensaio em laboratrios de analise de acstica e emisso de

    poluentes, sensores como: termopares, microfones e medidores de presso, so colocados em determinados pontos

    do sistema de escapamento, assim permitindo a aquisio de dados. Estes testes so realizados em motores de

    combusto internas movido a gasolina e diesel.

    O teste realizado com um motor de 6 cilindros em V, 3000 cilindradas, movido gasolina, produzido em

    srie pela Ford Motor Company, proposto por (Selamet et al., 2010) e realizado em dinammetro, teve como

    principal objetivo medir perdas de insero, e efeitos acsticos no sistema de escapamento. Segundo (Selamet et al.,

    1999), testes dessa natureza tm como objetivo analisar as seguintes caractersticas: localizao de sensores,

    comprimento do sistema de escapamento, conexo do escapamento a um tanque de compensao para amortecer as

    ondas de presso no local de expanso at a temperatura ambiente. A aquisio de dados realizada pelo

    dinammetro, onde e possvel analisar o comportamento do motor em varias faixas de potncia.

    A otimizao da atenuao de rudo muito desejvel com o motor trabalhando em baixa rotao, pois

    neste regime o perodo da onda de presso e relativamente alto, gerando mais vibrao mecnica, o que por sua vez

    ocasiona falha por fadiga nos fixadores do escapamento (Selamet et al, 1999). Em conformidade com (Selamet et al,

    1999), componentes no sistema de escape como: catalizadores, cano intermedirio e silencioso reduzem a amplitude

    total, consequentemente atenuado o rudo.

    Figura 3: Sistema de exausto: localizao dos transdutores de presso e termopares (Selamet et al, 1999).

    2.2. Escapamentos em Motores Diesel

    H uma grande preocupao por parte da indstria automotiva em estudar a interferncia acstica no

    desempenho de motores a Diesel, pois em um sistema de exausto com projeto inadequado as vazes de gases,

    causa grandes perdas de desempenho.

    Um motor Diesel, com 4 cilindros, 2500 cilindradas, foi acoplado a um dinammetro hidrulico, de modo

    que diferentes cargas pudessem ser aplicadas para o estudo da acstica (Jiang et. al., 2007). Segundo (Jiang et. al.,

    2007), informaes obtidas a partir da corrente de escape, tais como: temperatura dos gases de escape, velocidade de

  • turbo compressor, e flutuao de presso de escape, so variveis promissoras para deteco de falha de ignio.

    Uma combusto anormal pode ser detectada pelo posicionamento do sensor em um local especifico, para melhorar a

    confiabilidade, os efeitos da onda devem ser considerados e uma medida da fonte de exausto. Os efeitos

    convectivos foram considerados como fator corretivo para impedncia, logo o monitoramento de desempenho usado

    no teste foi avaliado por recursos de monitoramento, e diferente modos de combusto anormal devido falhas

    comuns como: injeo anormal de combustvel, e tempo incorreto da vlvula.

    Desempenho acstico como: a potncia acstica irradiada, e a perda de insero de um silenciador, podem

    ser medidas facilmente, simplificando o projeto e avaliao de sistemas de exausto (Dokumaci, 2005). Estudos com

    base nas equaes dinmicas de fluidos para fluxos unidimensionais feitas por (Dokumaci 2005), recentemente tem

    mostrado que a fonte acstica um parmetro intimamente ligado ao processo de combusto do motor. Motores

    Diesel apresentam alta intensidade de energia na combusto, geralmente resultando em uma onda acstica de grande

    amplitude no tubo de escape.

    Um perfil diferente na abertura e fechamento da vlvula de escape, quando ocorre a troca de gases, assim

    como um perfil inadequado, ocasiona falha no desempenho e no curso de escape do motor, influenciando a

    efetividade da combusto. O sinal acstico emitido pelo motor no estritamente invariante no tempo, por que o

    processo de funcionamento da vlvula de escape altamente dependente do tempo (Jiang et. al., 2007).

    O procedimentos experimentais, conduzidos por (Jiang et. al., 2007), em um motor de 4 cilindros a Diesel,

    teve como objetivo analisar a impedncia acstica, e o efeito da juno em Y em forma de forquilha na juno dos

    escapes, oriundos dos cilindros e convergindo em um s tubo, posteriormente acoplado aos outros sistemas. No

    teste, o escapamento em juno Y, equipado com 2 vlvulas borboletas permite a implementao de pelo menos 3

    diferentes cargas acsticas, conseguidas pelo ajuste de vlvulas, em 3 tipos de configurao. Ambas as vlvulas

    abertas, vlvulas A (aberta), B (fechada), vlvulas B (fechada), A (aberta) (Jiang et. al., 2007). Dois transdutores de

    presso e sensores de temperaturas so montados em duas posies diferentes. A distncia entre dois sensores de

    320 mm, alm disso, um transdutor montado dentro de um dos cilindros para medir a variao de presso quando

    h falha na combusto.

    Figura 4. Posio dos transdutores no tubo de exausto (Jiang et. al., 2007).

    Figura 5. Vlvulas de controle de carga acstica (Jiang et. al., 2007).

  • Dois conjuntos de medies foram realizados:

    O primeiro conjunto para explorar caractersticas da origem dos requisitos de funcionamento do motor,

    quando em regime normal, trata-se de testes em trs cargas de torque e velocidade; 20 [Nm], 40[Nm] e 60[Nm] com

    1500[RPM], 1800[RPM], 2100[RPM], respectivamente, logo aps, o segundo conjunto de testes, mede a capacidade

    de deteco de rudos com pequenas falhas introduzidas no sistema de combusto, alterando a presso da bomba

    injetora com 150, 250 e 280 [BAR] (Jiang et. al., 2007). Detectou se que a presso superior do cilindro, produz

    amplitude residual de presso, consequentemente uma maior amplitude da presso do escape, portanto a amplitude

    pode ser um bom indicador do processo de combusto. Valores de pico defeituosos mostram maior presso residual

    de combusto retardada, maior amplitude de presso residual implica em desvio da poro de forma de onda, em

    geral desvios maiores correspondem a falhas graves na injeo de combustvel.

    O espectro da forma de onda pode ser usado para a deteco de falha, permitindo a extrao de informao

    de diagnsticos diretos sobre a localizao de falha (Jiang et. al., 2007). Esses fatores so cruciais para o

    desenvolvimento de silenciadores para sistemas de exausto automotivos, pois determinadas bandas de frequncia

    de rudos, no podem ser atenuados com a alterao e otimizao das caractersticas geomtricas, sejam do tubo, ou

    atenuador de rudos (Tayong et. al 2011).

    O mtodo mais comum para obteno de maior potncia em motores movidos a Diesel e o uso de turbo

    compressor, sendo esse responsvel por uma significativa fonte de rudo. Turbo compressores movidos a gases de

    escape operam a grandes rotaes, com isso a gerao de som associada com as presses e velocidades

    supersnicas das massas de ar que passam pelas lminas rotativas, ocorrendo assim ondas de choque (Rmmal,

    2009). Para contornar o problema de emisso de rudo para um turbo compressor, recomenda se a adio de

    componentes como, intercoolers, filtros, e isolantes acsticos para tubulao de admisso, no entanto segundo

    (Rmmal, 2009), quando o turbo compressor entre em regime de alta rotao, acima do 60000 [RPM], torna se

    difcil a atenuao de rudos.

    2.3. Otimizao de desenho e caractersticas de componentes do sistema de exausto automotiva

    Quando o motor encontra-se em baixo regime de potncia, ocorre um rudo de descarga que influencia a

    ressonncia em todo o sistema. O comportamento da ressonncia do tubo irradia um alto nvel de rudo de baixa a

    alta frequncia (Choi et. al., 2011), que denominado pelas harmnicas de baixa ordem na frequncia de disparo do

    motor, ou seja, pulsos de onda de presso do motor devido combusto.

    necessrio otimizar a geometria de um sistema de exausto para minimizar o rudo de baixa frequncia e

    grande amplitude. Assim o comprimento total do sistema de escape deve ser sintonizado para um determinado

    comprimento de onda, ou seja, um mltiplo inteiro do impulso de frequncia, por exemplo a uma velocidade de

    motor tendo torque mximo. Para o nmero inteiro de frequncia, temos que recorrer equao 1, onde as

    caractersticas do sistema de exausto, como o comprimento do tubo so considerados.

    Alguns parmetros como amplitude e fase das variaes das presses, w contrapresses so mais

    significativamente importantes para modelagem numrica (Choi et. al., 2011). A atenuao de rudo pode ser

    conseguida com dois silenciadores, sendo, portanto um mltiplo impar da frao do comprimento de onda, referente

    equao 1. Alm disso, as ressonncias dos tubos de escape no podem ser evitadas durante a velocidade de

    funcionamento do motor ajustando as frequncias de ressonncia, isto possvel ajustando posies do silenciador,

    ento para determinar as posies timas do silenciador, consequentemente atenuando o rudo de baixa frequncia,

    introduz se o coeficiente de atenuao (Suyama e Hirata, 1979).

    A atenuao constante adotada porque no se pode negligenciar o efeito sobre as caractersticas acsticas

    de faixa de frequncia de ressonncia em um sistema de tubos. Existe por parte da indstria automotiva, uma

    preocupao com os efeitos de sons de grande amplitude, de quais maneiras pode se atenuar ou eliminar suas causas

    e efeitos. Fenmenos de rudos de alta frequncia podem ser atenuados com tubos perfurados, que normalmente so

    instalados dentro do ressonador e do silenciador, mais especificamente na cmara de expanso externa.

    Ao analisar o comportamento de um tubo perfurado, ausncia de um sistema de motor e outros

    comportamentos, a principal dificuldade e a modelagem complexa do comportamento do fluxo atravs das

    perfuraes. No limite de baixos nveis de presso sonora, instabilidade do fluxo atravs de perfurao est

    linearmente relacionada com a variao presso. medida que o nvel de presso sonora aumentado, corresponde

    aos maiores nveis de oscilao, amplitude, presso, relao de fluxo para a perfurao torna-se no linear.

    Em um silenciador automotivo, a presso esperada e a amplitude deve ser grande o suficiente para causar

    esse comportamento no linear, como exemplo de no linearidade, uma perfurao tm interferncia significativa no

    nos nveis de presso e nvel sonoro, implicando em faixas de intensidade de 120 dB a 130 dB, sendo que o sistema

    de exausto pode chegar a 170 dB (Selamet e Novak , 2000).

  • Figura 6: Instabilidade do fluxo atravs de um volume de controle de orifcio circular (Selamet e Novak, 2000).

    importante salientar que a recirculao tem efeito sobre o rudo, atenuando a amplitude do som, ento

    com a investigao experimental do fluxo instvel atravs de orifcios circulares, incluindo para os efeitos do

    comportamento no linear e desempenho do desenvolvimento do modelo de perfurao, adequando para o domnio

    do tempo da abordagem computacional.

    A aglomerao de perfuraes do modelo um parmetro utilizado pra relacionar o local de perfurao, e o

    fluxo de massa para diferena de presso atravs da interface, assumindo que as dimenses do duto, fluxo

    justificado desde que os comprimentos de onda de interesse, incluem significativamente mais longa do que as

    dimenses transversais do silenciador, portanto, o limite de frequncia mais alta imposta geralmente elevado o

    suficiente para que a analise do mecanismo de impulso de onda sonora seja satisfatria, incluindo a primeira

    harmnica, que contm a maior parte da energia acstica (Selamet e Novak, 2000).

    Pela abordagem unidimensional, as equaes de balano de massa e energia interna so utilizadas para

    analisar o fluxo que atravs de placas circulares perfuradas que por sua vez so utilizadas em automveis, ainda

    dimenses das perfuraes so geralmente muito menores do que comprimentos de onda do impulso sonoro, ento o

    fluxo atravs dos orifcios pode ser tratado como um fluxo localmente incompressvel de transferncia de massa e

    energia (Tayong et. al.), por conseguinte, quando a velocidade do fluxo sobre o orifcio suficientemente grande, o

    termo de conveco torna se importante, ocorrendo gerao de vrtice, consequentemente, uma pequena frao de

    energia de vrtice restaurada para o campo de presso, a conveco e a viscosidade representam perdas de energia

    no fluxo e, portanto convenientes combinar a viscosidade em um termo de perda (Tayong et. al., 2011).

    O uso de painis perfurados para atenuar rudos, tem sido vantajosos para ajustes de frequncias

    ressonantes, logo de extrema importncia adequao do espaamento dos orifcios, (Tayong et. al., 2011),

    conforme se processa o fluxo de entrada, a sada de gases dos cilindros em alta temperatura e velocidade,

    essencialmente irrotacional, mas torna-se altamente rotacional aps o orifcio de sada.

    Consideram-se os comprimentos de onda acstica so muitos, e que as dimenses (espessura e dimetro do

    furo), considerando-se que a radiao do som esfrica, portanto, com analise pode se constatar que, a dependncia

    da resistncia com a velocidade linear, efeito de interao dos furos combinado com efeito da porosidade, por

    fim, com elevados nveis de presso, a inclinao depende da separao dos furos e diminui com o aumento do

    numero de Reynolds, no lado das aberturas (Tayong et. al., 2011). Segundo (Tayong et. al., 2011), uma conveniente

    explicao dessas observaes, que como a distncia decresce, a regio de cisalhamento em torno de cada

    perfurao compartilhada com a regio de cisalhamento em torno dos furos nas proximidades, alm disso, a

    resistncia total acstica do sistema causada pela resistncia das aberturas do sistema so causadas pela resistncia

    das aberturas, vrtices na entrada das aberturas, contudo, um fator determinante de otimizao da atenuao de rudo

    est relacionado ao numero de Reynolds critico.

    Segundo Barbieri (Barbieri et al. 2010), recentemente o uso da otimizao paramtrica tem sido aplicada

    para avaliar o tamanho adequado para tubos de escape, obtendo assim um sistema de escapamento mais eficiente,

    essa analise tem como base o mtodo de elementos finitos.

  • 2.4. Geometria

    A geometria dos componentes tem grande interferncia nos componentes dos sistemas de exausto, logo

    realiza-se testes e concebem-se modelos computacionais para encontrar uma forma geomtrica que tenha influncia

    significativa sobre a acstica. Para analise de geometria do sistema de escapamento, podemos modela-la como um

    modelo fsico e anlogo com a impedncia.

    Melhorias implementadas no desenho do sistema de escape visam atenuar os rudos de determinadas faixas

    de frequncia de interesse, principalmente em baixas frequncias, pois como se sabe a maior parte do rudo limita-se

    a frequncia de rotao do motor em suas primeiras ordens (Yasuda et. al., 2012).

    No silenciador do sistema de exausto, observa-se o fenmeno de ressonncia de Helmhotz.

    A ressonncia de Helmhotz um fenmeno ocorrido quando existe a passagem de ar por uma cavidade ocasionado a

    ressonncia (Donoso et al, 2008). Ento na poro entre a tubulao 1 e a cmara 3, obtm-se reduo do rudo

    especificado, logo o silencioso est agindo como um filtro acstico, de forma a atenuar o rudo de baixa frequncia a

    partir do motor. Logo a ressonncia na Helmhortz reflete as ondas sonoras na cmara, impedindo assim sua

    transmisso, pois a cmara de expanso reflete ondas de introduo, alterando repentinamente na rea de seo

    transversal do silencioso, permitindo que impulsos de presso sejam suavizados, reduzindo os sons de impulso

    individuais na sada.

    O tubo ressonador apresenta diferentes dimetros, contraindo-se o dimetro, para cancelar uma frequncia

    de rudo. Materiais absorventes de rudo com superfcie porosa atenua o rudo, atravs da converso da energia

    sonora em calor causado por atrito no vazio entre as partculas e gases oscilantes, porem verifica se mal

    comportamento em baixas frequncias.

    `

    Figura 7: Esquema de uma estrutura de um silenciador automotivo (Yasuda et. al. 2010).

    2.5. Efeitos da absoro do som com a interao de placas dotadas de mltiplos orifcios

    Inicialmente para analise, consideramos a propagao do som em todas as direes, assim assumimos a

    equao de onda para descrever o fenmeno. As variveis da equao 2 so, p: presso [Pa], c velocidade do som

    no ar [m\s], r raio de do silenciador [m], t tempo [s]. Esta equao permite descrever o comportamento da presso

    em termos de propagao de onda, com intuito de um melhor tratamento acstico, (Tayong et. al. 2011).

    Equao 2: Equao de onda padro.

    Como descrito por (Melling, 1973 ), a influncia da interao de furos em uma superfcie circular, a

    interao dos furos pode no ser separada da influncia da porosidade .Um aumento do efeito da interao dos furos

    significa um diminuio da distancia entre os orifcios, portanto aumentando a porosidade. Observa-se claramente

    que, por nveis de presso sonora dependente da quantidade de orifcios na superfcie circular.

  • A resistncia acstica total do sistema causada pelos vrtices devido reteno de fluxo na placa circular.

    O numero de Reynolds crtico dado em funo entre centros das perfuraes, logo a condio crtica implicam em

    um mximo de absoro. O Fator de absoro decresce com o aumento de Reynolds ento isto implica que o

    nmero de Reynolds crtico diretamente proporcional ao dimetro, e inversamente proporcional a distancia que os

    separa. Uma importante considerao de projeto analisar o efeito de interao dos orifcios, sendo este fator

    responsvel pelo comportamento acstico, ou seja, quo intensa e a interao dos orifcios menor variao da

    acstica.

    Figura. 8: Perfis de superfcie circular demostrando mltiplas configuraes de orifcios (Tayong et. al., 2011)

    2.6. Sistemas de escapamento ativo e a interferncia destrutiva de ondas sonoras

    Novas tcnicas de atenuao de rudos em sistema de escapamento tem sido pesquisadas ( Hwang et. al.,

    2002), (Munjal, 1987) , ento, concebeu-se um novo tipo de sistema, sistema ativo de escapamento. Esse sistema faz

    uso de alto falantes ou junes tubulares em forma de U, tendo como principal objetivo a atenuao de rudo com

    base na interao de destrutiva entre ondas sonoras. Considerando-se os mltiplos regimes operacionais no qual um

    motor de combusto interna e submetidos os sistema de escapamento deve atenuar variados regimes de rudo, sendo

    assim para o sistema proposto, existe diviso de vlvulas e tubos de forma a atenuar rudo. As figuras 9 e 10

    demonstram de forma simplificada, a atuao deste sistema sobre a amplitude da onda.

    Figura 9: Diminuio da amplitude de rudo pela juno U (Hwang et. al., 2002).

  • Fig.10: Sistema de atenuao de rudos para mltiplas bandas (Hwang et. al., 2002).

    Faixas de maior rotao do motor, a vlvula ir permitir a passagem de gases de escape para o local onde se

    encontra as junes em U e o silenciador com tubo perfurado. Para confirmar a eficcia do sistema, foram realizados testes que comprovaram o funcionamento deste sistema. O referido teste foi efetuado em motor de 4

    tempos, 4 cilindros movido a gasolina, sendo esse conectado a um dinammetro e aparatos de controle e

    gerenciamento de performance.

    Fig. 11: teste do sistema ativo para reduao de ruido (Hwang et. al., 2003).

    Com a realizao dos testes, foi possvel analisar os dados e comparar com mltiplas configuraes, ento

    pode se obter os seguintes grficos, mostrados na figura 12.

    Figura 12: Rudos do motor medidos com vrias configuraes: (a) sem silenciador, (b) com silenciador passivo

    original (c)com um tubo de derivao e silencioso simples e (d) com dois tubos de by-pass e silencioso simples

    (Hwang et. al. 2003).

  • Nota se pela observao dos grficos, quo diferentes torna-se o comportamento da interao do som com

    os componentes acsticos que constituem o sistema de escapamento automotivo, menor se torna a amplitude dos

    sinais que representam os rudos.

    3. CONCLUSO

    Atravs deste estudo foi possvel observar como se aplica a cincia acstica e da propagao de ondas

    sonoras no interior de dutos de escapamento automotivo. Levando em considerao variveis como o tipo de motor,

    combustvel utilizado, distancia e tamanho dos dutos, foi possvel determinar quais os melhores tipos e geometrias

    de escapamentos so mais indicados para a reduo de rudos. Em geral foi observado que a maior atenuao de

    rudos se d por silenciadores de forma elptica, como os indicados por ( Rathi, 1994 ).

    O desenvolvimento de novas tecnologias na indstria automotiva em conjunto com o estudo da acstica se

    se faz necessrio, principalmente para a construo de novos sistemas atenuadores de rudos. Segundo (Munjal

    2011) avanos tm sido obtidos na sintonizao de ressonadores e caracterizao do motor como fonte de rudo.

    Aprimorar a tecnologia de novos sistemas como o escapamento ativo, tem como objetivo utilizar a interferncia

    destrutiva de ondas sonoras de forma a atenuar rudos demostram a tendncia de se conceber sistemas que utilizam

    menos componentes mecnicos e sistemas de tratamento acstico em exaustores automotivos.

    Uma das formas para reduzir os rudos do sistema de escape de um veculo automotor, segundo (Filardi,

    2003) consiste em realizar um estudo visando determinao do melhor posicionamento dos pontos de fixao deste

    sistema ao veculo bem como para se determinar as caractersticas dos coxins de sustentao do sistema de exausto.

    4. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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