Los silenciadores

Un silenciador acústico puede describirse como un filtro acústico que se inserta en conductos que transportan fluidos, escapes de fluidos o en admisión a equipos que trasiegan fluidos, con objeto de reducir los niveles de emisión sonora hacia ambientes exteriores o en otras zonas del circuito por donde se realiza el transporte del fluido.

Es decir, los silenciadores acústicos son elementos que se intercalan en los conductos por donde fluye un gas, cuya misión es la de reducir al máximo el ruido transmitido del aire que pasa a través de ellos.

Un silenciador acústico debe escogerse utilizando los siguientes criterios de selección.

La atenuación acústica debe ser la mayor posible, no solo a nivel global, sino también espectralmente.
Dependiendo de la velocidad del gas, se exigirán unas condiciones aerodinámicas especiales.
Los materiales que componen el silenciador acústico vendrán determinados por la temperatura y la presión del gas. La durabilidad del conjunto dependerá de la calidad del material seleccionado.
La geometría y dimensiones del silenciador vendrán determinados en cada caso por el espacio disponible, el caudal y la pérdida de carga. Hay situaciones en que el volumen está muy limitado, por ejemplo en el caso de los escapes de aire comprimido.

Este tipo de filtro acústico es de aplicación a una gran variedad de casos y situaciones donde la reducción de los niveles de ruido provocado por el transporte de estos gases se hace imprescindible: turbinas de gas, motores diesel, compresores, torres de refrigeración, ventiladores, plantas de energía, supresores, líneas de transporte de gases, scrubbers, refinerías, sistemas de climatización, etc.

Los silenciadores se clasifican en función de su forma de operar, en reactivos, disipativos y de materiales porosos:

Silenciadores reactivos

Operan por reflexión, esto es, una onda sonora que se mueva a través de una conducción llega a una discontinuidad, donde la impedancia acústica es mucho más alta o mucho más baja que la impedancia característica del conducto. En consecuencia, sólo una pequeña parte de la energía fluye a través de la discontinuidad, el resto de la energía se convierte en una onda reflejada, que se origina en la discontinuidad y vuelve en dirección a la fuente.

Los silenciadores reactivos son utilizados frecuentemente cuando el ruido que debe reducirse contiene bien tonos puros a frecuencias fijas, o bien en el margen de frecuencias bajas. Es aconsejable también su utilización para operar con fluidos calientes, sucios o a velocidades elevadas.

Ejemplos de silenciadores reactivos:

– Motor: En el momento de la combustión del motor, los gases alcanzan una presión muy elevada, los cuales al salir pueden generar un ruido de igual magnitud si no son sometidos a una modificación o reducción de presión. Es por ello que existe el silenciador, cuya misión principal es la de disminuir el ruido de los gases al salir del motor, interactuando con las diferentes válvulas de escape.

Cuando éstas se abren, se realiza una descarga en alta presión de gases “quemados” hacia la tubería intermedia del escape, donde éstos se expanden y disminuye progresivamente su presión.

Este aumento de volumen generará ondas de sonido con un menor tiempo de retención que los gases de escape, las cuales interactúan directamente con el silenciador, minimizando los ruidos que producen.

El silenciador entonces, convierte esta energía de la onda de sonido en calor, haciéndola pasar por diversas cámaras con reflectores y tubos en forma de laberintos perforados con diferentes tamaños.

A pesar de que el silenciador logra reducir el ruido, al disipar su energía, se demora la salida rápida de los gases de escape hacia al exterior, lo cual como hemos visto anteriormente, limita considerablemente las prestaciones del vehículo.

Existen varios tipos de silenciadores en este sentido:

– Silenciadores de absorción: El tubo se recubre de lana de vidrio o algún material similar, muy efectivo como aislamiento tanto acústico como térmico.

– Silenciadores de expansión: Un brusco ensanchamiento del conducto, que al cabo de una cierta longitud, vuelve a su sección original.

– Silenciadores de resonador lateral: al tubo principal se le rodea de otro concéntrico de mayor diámetro, comunicados perforando el primero. Las ondas acústicas pasan del primero al segundo y se apagan rebotando en las paredes de éste.

– Silenciadores de interferencia: funcionan oponiendo uno o varios tabiques a la dirección del flujo, obligando de esta forma a las ondas que viajan por él a rebotar por las paredes de la cavidad así formada.

Rojo: descarga libre

Azul: con silenciador

– Armas: La cabeza de la bala sale disparada cuando el fulminante hace que la pólvora del proyectil explote, es ese sonido el que hay que silenciar, la violenta explosión hace que los gases se expandan con rapidez empujando el aire circundante, y produciendo por tanto el “bang” característico.

Ahí entran los silenciadores, que reducen la velocidad, el volumen y la temperatura de esos gases en expansión. Lo normal es que el silenciador esté construido con un interior de estructura compleja. Por un lado hay una larga cámara que se acopla al cañón del arma para permitir que los gases tengan un lugar controlado donde expandirse. Además hay una serie de pequeñas cámaras, una especie de “panal” de rejilla que presenta un doble efecto.

Por un lado el gas recorre más distancia y por otro está en contacto con una mayor superficie de metal, lo que hace que el gas vaya cediendo parte de su temperatura y ralentiza su velocidad de expansión. Así el “BANG” puede quedar reducido a un “pop”.

Pero aún tenemos un segundo sonido. Hemos atenuado el de la explosión en el arma, pero nos falta el que produce la bala al romper la barrera del sonido en su trayectoria. Aquí el silenciador ya no tiene nada que hacer.

Silenciadores disipativos o absortivos

Operan por absorción de una gran parte de la energía incidente en el interior de los conductos por transformación calorífica. Están formados por cámaras y conductos que han sido revestidos por materiales con elevado coeficiente de absorción. La absorción es conseguida en función de los materiales que se utilicen para el revestimiento y de la cantidad de material que se utilice, esto es, de la superficie de revestimiento y cómo se utilice.

Es un dispositivo que se inserta en el conducto de calefacción, ventilación o aire acondicionado (HVAC) con el fin de proporcionar una mayor atenuación que la ofrecida por un conducto revestido de la misma longitud. Un silenciador tiene una sección transversal mayor a la del conducto sobre el que está instalado. Para obtener una buena absorción del ruido dentro del silenciador es necesario obtener una buena densidad del material; para el caso de silenciadores circulares el material absorbente debe ser material suelto el cual se compactará hasta obtener la condición requerida de densidad y espesor (el espesor ideal para el diseño es de 2 pulgadas).

Silenciadores de materiales porosos

Se basan en la reducción del ruido por una disminución de la velocidad de salida del fluido a su través, así como por el efecto pantalla proporcionado por la superficie porosa. Normalmente se utiliza como superficie porosa el bronce y la cerámica. Su efecto acústico es fundamental en medias y altas frecuencias.