BRPI0609953A2 - dispositivo para amortecer o som em um tubo - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO PARA AMORTECER O SOM EM UM TUBO. A presente invenção refere-se a um dispositivo para amortecimento de som em um tubo (7) que é adaptado para ter um meio gasoso fluindo dentro do mesmo. O dispositivo (10) compreende pelo menos um elemento guia (11a-c) disposto dentro do tubo (7) de forma a dividir o espaço interno em uma parte (7') do tubo dentro de pelo menos dois canais de fluxo (12a-d) para dois meios gasosos. O elemento guia (11a-c) compreende uma pluralidade de furos correndo através do mesmo (11') que são tão estreitos que o som pode passar através dos ditos furos (H') entre canais de fluxo mutuamente adjacentes (12a-d), mas apenas com uma determinar resistência.

Description

"DISPOSITIVO PARA AMORTECER O SOM EM UM TUBO"

Fundamentos da Invenção e Estado da Técnica

A presente invenção se refere a um dispositivo pa-ra amortecer o som em um tubo de acordo com o preâmbulo dareivindicação 1.

Para reduzir a quantidade de emissões em gases deexaustão e aumentar a energia do motor dos motores a dieselsuper carregados em veículos pesados, a pressão de carga coma qual o ar é suprido para os motores a diesel super carre-gados aumentou. A intensidade do som que ocorre quando o aré puxado para dentro do compressor da unidade de turbo, issoé, o chamado uivo turbo, portanto, também aumentou. Esse somtem alta freqüência tipicamente entre 5 e 15 kHz. À medidaque o isolamento de som das cabines de direção dos veículostem sido ao mesmo tempo mais eficiente, a percepção do moto-rista de outros sons, que são normalmente emitidos a fre-qüências mais baixas, foi reduzida. 0 chamado uivo turbotem, portanto, se tornado cada vez mais óbvio para o moto-rista do veiculo.

GB 1 339 526 se refere a um amortecedor de som emuma linha de exaustão de uma turbina a gás. 0 amortecedor desom compreende uma pluralidade de elementos guia dispostosem paralelo que dividem a linha de exaustão em canais defluxo paralelos perto de uma parte curva da linha de exaus-tão. Os elementos guia compreendem material de absorção desom. 0 material de absorção de som resulta nos elementosguia sendo relativamente largos e ocupando muito espaço- Pa-ra impedir que os gases de exaustão sofram uma queda depressão muito grande à medida que passam entre os elementosguia, a parte de linha de exaustão foi alargada nessa regi-ão.

U.S. 5.709.529 se refere a um amortecedor de somdisposto em uma parte de tubulação curva para suprir ar parauma máquina turbo. O amortecedor de som compreende uma plu-ralidade de elementos guia finos que levam o ar para dentrode canais de fluxo alternativos na parte curva da tubulação.Os elementos guia possuem comprimentos diferentes de formaque o som que emana dos vários canais de fluxo tenha uma mu-dança de fase mútua definitiva de modo que os sons se cance-lem pelo menos parcialmente mutuamente.

Sumário da Invenção

O objetivo da presente invenção é fornece um dis-positivo que resulte no amortecimento simples, porém efici-ente do som em um tubo através do qual um meio gasoso flui,sem o fluxo de meio gasoso ser substancialmente afetado.

Esse objetivo é alcançado com o dispositivo do ti-po mencionado na introdução que é caracterizado pelas carac-terísticas indicadas na parte principal da reivindicação 1.O som que ocorre no tubo pode ser definido como flutuação depressão do meio gasoso dentro do tubo. O som se propagasubstancialmente de maneira uniforme em todas as direçõesdentro do tubo. O som que alcança a superfície do elementoguia será, dessa forma, parcialmente refletido e sofrerá umadeterminada absorção. Parte do som, no entanto, passará a-través dos furos no elemento guia j untamente com o meio ga-soso. Visto que os furos são relativamente estreitos, a e-nergia sônica é efetivamente reduzida à medida que o sompassa através dos furos, resultando no amortecimento do som.

De acordo com a presente invenção, o elemento guiaé disposto em uma parte curva do tubo. A divisão da partecurva do tubo em canais de fluxo prejudica consideravelmentea propagação do som através da parte curva do tubo. 0 somserá refletido pelo elemento guia e a superfície de parededa parte curva do tubo. 0 resultado é a absorção do som e umamortecimento relativamente bom. De forma vantajosa, o ele-mento guia e a parte curva do tubo possuem curvatura de talmagnitude que o som não pode passar através dos ditos canaisde fluxo sem encontrar pelo menos uma superfície de parededo elemento guia ou parte curva do tubo. Todo o som será,dessa forma, refletido por pelo menos uma superfície e/ouser empurrado através de um dos ditos furos no elemento gui-a. Dessa forma, nenhum som pode passar totalmente sem seramortecido através da parte curvada do tubo. 0 elemento guiatem preferivelmente um formato curvo com um centro da curva-tura correspondendo substancialmente ao da parte curva dotubo. O elemento guia pode, portanto, dividir a parte curvado tubo em canais de fluxo substancialmente do mesmo tamanhocom uma área transversal substancialmente constante ao longode toda a sua extensão. 0 resultado é um fluxo mais uniformeatravés da parte curva do tubo.

De acordo com outra modalidade preferida da pre-sente invenção, a espessura do elemento guia está na faixade 0,5 a 5 mm. Um elemento guia feito de, por exemplo, fo-lhas metálicas pode ser fabricado de forma tão fina quesubstancialmente não reduza a área transversal para o meiogasoso que passa através da dita parte de tubo. Em tais ca-sos a espessura do elemento guia pode estar na parte inferi-or da faixa indicada acima, isso é, cerca de 1 mm. É, nãoobstante, necessário que a espessura do elemento guia sejasuficiente para permitir que o mesmo seja encaixado dentroda parte de tubo curva sem correr o risco de ser deformadopelo meio que está fluindo. De forma vantajosa, o elementoguia é feito de um material metálico. 0 elemento guia podeser feito a partir de uma folha de metal fornecida com furoscorrendo através da mesma. Tal folha pode ser de aluminio.Se, ao invés disso o elemento guia assumir, por exemplo, aforma de uma seção de asa, o mesmo será mais espesso e podeentão ter até 5 mm de espessura.

De acordo com outra modalidade preferida, o dispo-sitivo compreende pelo menos um canal de fluxo definido poruma superfície do elemento guia e uma superfície oposta doelemento guia, onde as ditas superfícies são situadas a umadistância predeterminada uma da outra o que corresponde a umquarto do comprimento de onda do som que deve ser basicamen-te amortecido no tubo. E muitos casos, a freqüência e com-primento de onda do som que ocorre em um tubo com um meiogasoso são conhecidos. Pelo dimensionamento de pelo menos umdos canais de fluxo da forma mencionada é possível se alcan-çar um amortecimento muito eficiente do som nesse comprimen-to de onda. De forma vantajosa, o dispositivo compreende pe-lo menos dois elementos guia, onde os ditos elementos guiacompreendem superfícies mutuamente opostas que definem umcanal de fluxo intermediário e onde as ditas superfícies mu-tuamente opostas são situadas a uma distância predeterminadauma da outra o que corresponde a metade do comprimento deonda do som que deve ser amortecido no tubo. Um canal defluxo com tal dimensionamento fornece o amortecimento adi-cional de som nesse comprimento de onda.

De acordo com outra modalidade preferida da pre-sente invenção, a magnitude dos ditos furos é tal que pelomenos duas bordas laterais substancialmente e mutuamente o-postas dos furos são situadas a uma distância uma da outrade não mais que 5 mm. A resistência ao fluxo de ar e som a-través de um furo é realizada de forma próxima à pouca lar-gura do furo. Quanto mais estrito o furo, maior a resistên-cia ao ar e o som passando através do mesmo. De forma vanta-josa, tal furo é relativamente alongado. 0 furo, dessa for-ma, impede uma área transversal relativamente grande de for-ma que uma quantidade ampla de ar possa passar através dofuro independentemente de sua pouca largura relativa.

De acordo com outra modalidade preferida, o ele-mento guia é disposto em uma parte de tudo situada substan-cialmente imediatamente a montante de um compressor na dire-ção do fluxo de meio gasoso. Quando um meio gasoso é puxadopara dentro de um compressor, um som perturbador normalmenteocorre. A construção do compressor é normalmente otimizadapara corresponder a determinadas exigências de capacidade.Em muitos casos, é, portanto, desvantajoso se submeter umcompressor a modificações internas a fim de se reduzir a o-corrência de tal som perturbador. A ocorrência do som per-turbador também é afetada pelo padrão de fluxo do meio gaso-so antes do meio alcançar o compressor. Com esse plano defundo, parece mais vantajoso se dispor o elemento guia emuma parte curva do tubo substancialmente imediatamente amontante do compressor. 0 compressor pode formar parte deuma unidade turbo para um motor de combustão. Em muitos ca-sos, as unidades turbo dão lugar a um som de assobio fortede alta freqüência que pode ser percebido como perturbador.Em tais casos, um número adequado de elementos guia pode, deforma vantajosa, ser encaixado em uma parte curva do tubo amontante do compressor a fim de amortecer esse som.

Breve Descrição dos Desenhos

As modalidades preferidas da invenção são descri-tas abaixo por meio de exemplos com referência aos desenhosem anexo, nos quais:

A Figura 1 apresenta uma disposição com um dispo-sitivo de amortecimento de som e uma unidade turbo para su-prir ar comprimido para um motor a diesel super carregado;

A Figura 2 apresenta um dispositivo de amorteci-mento de som na Figura 1 em maiores detalhes;

A Figura 3 apresenta uma peça de trabalho para acriação de um elemento guia do dispositivo de amortecimentode som; e

A Figura 4 apresenta uma peça de trabalho alterna-tiva para a criação de um elemento guia do dispositivo deamortecimento de som.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas da InvençãoA Figura 1 apresenta uma disposição com uma unida-de turbo para suprimento de ar comprimido para um motor decombustão super carregado. 0 motor de combustão é exemplifi-cado aqui como um motor a diesel 1. 0 motor a diesel 1 podeser destinado à energização de um veiculo pesado. Os gasesde exaustão dos cilindros do motor a diesel 1 são levadosatravés de uma tubulação de exaustão 2 para pelo menos umalinha de exaustão 3. Os gases de exaustão na linha de exaus-tão 3, que estão acima da pressão atmosférica, são levadospara uma turbina 4 de uma unidade turbo. A turbina 4 é, des-sa forma, fornecida com energia de acionamento que é trans-mitida através de uma conexão, para um compressor 5 da uni-dade turbo. 0 compressor 5, dessa forma, comprime o ar que élevado através de um filtro de ar 6 para dentro de uma linhade entrada 7 para o motor a diesel 1. Um resfriador de ar decarga 8 é disposto na linha de entrada 7 para resfriar o arcomprimido antes de o mesmo ser levado para os cilindrosrespectivos do motor a diesel 1 através de uma tubulação 9.Durante a operação da unidade turbo, um som tipo assovio, dealta freqüência normalmente chamado de uivo turbo ocorre, 0som pode estar em uma freqüência de cerca de 10 kHz. Para sereduzir esse som para um nivel aceitável, um dispositivo deamortecimento de som representado de forma esquemática 10 éencaixado em uma parte curva 7' da linha de entrada. A partecurva do tubo 71 é situada substancialmente e imediatamentea montante do compressor 5 com relação à direção do fluxo dear na linha de entrada 7.A Figura 2 apresenta o dispositivo de amortecimen-to de som 10 em maiores detalhes. Nesse caso a curvatura daparte curva do tubo 71 é de cerca de 90 graus. Três elemen-tos guia 11a, b, c , são encaixados sucessivamente, periferi-camente e externamente um no outro na parte curva do tubo7'. Os elementos guia 11a - c, cada um, possuem, da mesmaforma, uma curvatura de cerca de 90 graus entre uma extremi-dade a montante e uma extremidade a jusante. A parte curvado tubo 71 pode, de forma vantajosa, ter uma área transver-sal substancialmente retangular para facilitar a formataçãoe encaixe dos elementos guia 11a - c. A parte curva to tubo7' pode, não obstante, possuir uma área transversal substan-cialmente de qualquer formato desejado. Os elementos guia11a - c são feitos de um metal laminado relativamente finoque pode ser aluminio laminado. A espessura dos elementosguia 11a - c está dentro da faixa de 0,5 a 1,5 mm. Os ele-mentos guia 11a - c são, dessa forma, tão finos de forma areduzir apenas de forma imperceptível a área transversal pa-ra o ar que flui na parte curva do tubo 71 . Os elementosguia 11a - c são, não obstante, rígidos o suficiente paraguiar o ar que flui no tubo 7 sem ficarem deformados. Nessecaso, os elementos guia 11a - c dividem o espaço interno daparte curva do tubo 71 em quatro canais de fluxo 12a - d quesão situados sucessivamente, radialmente de forma externa umcom relação ao outro. A divisão da parte curva do tubo 71 emtais canais de fluxo 12a - d reduz a variação da velocidadedo ar que flui entre diferentes regiões da parte curva dotubo 7!. A presença dos elementos guia 11a - c resulta em umfluxo mais uniforme de ar para o compressor 5. Os elementosguia respectivos 11a - c e a parte curva do tubo 71 possuemum formato curvo com um centro de curvatura substancialmentecomum 13. Elementos guia mutuamente adjacentes 11a - c po-dem, portanto, ser dispostos a uma distância substancialmen-te constante d2, d3 um do outro ao longo de toda a sua ex-tensão. Os elementos guia radialmente mais internos e maisexternos 11a, c são situados substancialmente na mesma dis-tância di, d4 da superfície adj acente da parte curva do tubo71 ao longo de toda a suas extensão respectiva. Os. canais defluxo radialmente mais internos e mais externos di, d4 pos-suem, nesse caso, substancialmente metade da largura dos ca-nais de fluxo intermediários d2, d3 em uma direção radialpor toda a parte curva de tubo 71.

Os elementos guia 11a - c são fornecidos com umgrande número de furos 111 que correm através dos mesmos. É,pois, possivel que o ar que flui através dos canais de fluxo12a - d seja levado através dos furos 111 para dentro de ca-nais de fluxo adjacentes 12a - d. 0 ar é levado através dosfuros 11' quando existem diferenças de pressão em lados o-postos dos furos 11r. À medida que o som assume a forma deflutuações de pressão que se propagam como ondas dentro dostubos 7, o ar em lados opostos dos furos 11' está sujeito àvariação de pressão, que causa uma ocorrência quase continuade diferença de pressão entre os ditos lados. 0 resultado éque o ar é levado através dos furos 11' na direção do ladoque no momento te a menor pressão. Os furos 11f são, nãoobstante, estreitos o suficiente para criar uma resistênciaapreciável para o ar sendo levado através dos furos 111. Osom que se propaga através dos furos 11' é, portanto, subme-tido, da mesma forma, a uma resistência apreciável resultan-do em um amortecimento de sua energia sônica.

A Figura 3 apresenta uma vista dianteira de umafolha metálica substancialmente retangular 14 antes de amesma ser formatada para formar um elemento guia curvo 11a -c. A folha metálica 14 tem cortes microscópicos de modo quecompreende um grande número de furos 11' correndo através damesma. Os furos 111 possuem um formato alongado que, nessecaso, é substancialmente retangular. Quanto mais curtos oslados dos furos retangulares 11', mais estreitos os furos11' e maior a resistência que o ar precisa superar a fim defluir através dos furos 11'. Os lados curtos podem ter a or-dem de magnitude de 0,1 mm. No entanto, o formato alongadodos furos 11' resulta em furos 11' fornecendo uma áreatransversal suficiente para o ar passar entre os canais defluxo mutuamente adjacentes 12a - d na parte curva do tubo7'. A Figura 4 apresenta uma vista dianteira de uma tela me-tálica retangular 15 antes de ser formatada para formar umelemento guia curvo 11. A tela metálica 15 compreende umgrande número de furos 11' correndo através da mesma que,nesse caso, são substancialmente quadrados em formato. 0 ta-manho dos furos 11' pode ser de 1 mm x 1 mm. Os furos 11!são, portanto, tão estreitos que o ar é submetido a uma re-sistência apreciável à medida que é levado através dos furosDurante a operação da unidade turbo, o ar é puxadopara dentro da parte de tubo 7 através do filtro de ar 6 pa-ra o compressor 5. Quando o ar alcança a parte curva do tubo71 , o fluxo de ar é distribuído substancialmente de formaigual através dos canais de fluxo curvos 12a - d. Visto queos elementos guia 11a - c são tão finos, os mesmos substan-cialmente não reduzem a área de fluxo para o ar que flui a-través da parte curva de tubo 71 . 0 fluxo de ar perto doturbo compressor 5, não obstante, normalmente dá lugar a umsom de assobio relativamente forte que em um motor a dieselde caminhão grande está em uma freqüência de cerca de 10kHz. A divisão do fluxo de ar nos canais de fluxo curvos 12a- d leva a um fluxo de ar mais uniforme dentro do compressor5. O resultado é que o som de assobio é reduzido em muito. Ageometria de cada um dos canais de fluxo 12a - d é tal que osom do compressor 5 não pode se propagar através da partecurva do tubo 7' sem encontrar os elementos guia 11a - c ouas superfícies internas da parte curva do tubo 7!. Parte dosom é refletida pelas ditas superfícies, resultando em umamortecimento sucessivo do som. Parte do som que encontra oselementos guia 11a - c se propaga através dos furos 111 comuma determinada resistência. Esse som sofre uma perda de e-nergia e é, portanto, amortecido.

Visto que a faixa de freqüência dentro da qual osom perturbador ocorre é conhecida, é possível também se a-daptar a largura radial di-d4 dos canais de fluxo 12a-d demodo a se alcançar um amortecimento substancialmente idealde um som especifico. O amortecimento efetivo de um som es-pecífico é alcançado quando os canais de fluxo radialmentemais interno e mais externo 12a, d possuem uma extensãodi,d4 em uma direção radial na parte curva do tubo 71 quecorresponde a um quarto do comprimento de onda sonora quedeve ser amortecida no tubo 7. Visto que a freqüência e avelocidade do som são conhecidas, a extensão radial di, d4dos canais de fluxo 12 podem ser determinadas. Quando o somestá em uma freqüência de 10 kHz, a extensão radial di, d4dos canais de fluxo 12a, d será de 7 a 8 mm para o amorteci-mento máximo do som nessa freqüência. O resultado é o amor-tecimento muito eficiente do som nessa freqüência. Para umamortecimento ainda mais eficiente desse som especifico, oscanais de fluxo intermediários 12b, c entre elementos guiamutuamente adjacentes 11a - c podem ter uma extensão radiald2, d3 correspondente a metade do comprimento de onda do di-to som especifico. Quando o som está em uma freqüência de 10kHz, a extensão radial d2, d3 dos canais de fluxo 12b, c se-rá de cerca de 15 mm para o amortecimento máximo de som nes-sa freqüência. O presente dispositivo, dessa forma, forneceum amortecimento muito eficiente do som a partir de uma uni-dade turbo de forma relativamente simples e substancialmentesem perturbar o padrão do fluxo de ar e sem dispositivos au-xiliares que exigiriam mais espaço.

A invenção não é limitada de forma alguma às moda-lidades descritas com referência aos desenhos, mas pode va-riar livremente dentro do escopo das reivindicações. Os dis-positivos não estão limitados a serem utilizados em uma li-nha de entrada para ar para um motor de combustão mas podemser utilizados substancialmente em qualquer tubo desejadoatravés do qual um meio gasoso flua. 0 meio gasoso não pre-cisa ser ar. Os elementos guia podem ter substancialmentequalquer formato desejado porém funcional e substancialmentequalquer número desejado dos mesmos pode ser encaixado den-tro do tubo e formar os canais de fluxo de qualquer larguradesej ável.

Claims (10)

1. Dispositivo para amortecimento de som em um tu-bo (7) que é adaptado para ter um meio gasoso fluindo dentrodo mesmo, onde o dispositivo (10) compreende pelo menos umelemento guia (lla-c) disposto dentro do tubo (7) de modoque divide um espaço interno em uma parte (71) do tubo den-tro de pelo menos dois canais de fluxo (12a-d),CARACTERIZADO pelo fato de o elemento guia (lla-c) compreen-der uma multiplicidade de furos correndo através do mesmo(11f) que são tão estreitos que o som pode passar atravésdos ditos furos (li1) entre canais de fluxo mutuamente adja-centes (12a-d) mas apenas com uma determinada resistência.

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de o elemento guia (lla-c) ser dis-posto em uma parte curva do tubo (71 ) .

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2,CARACTERIZADO pelo fato de o elemento guia (lla-c) e a partecurva do tubo (7') possuírem a curvatura de tal magnitudeque o som não possa passar através dos ditos canais de fluxo(12a-d) sem encontrar pelo menos uma superfície de parede doelemento guia (lla-c) ou uma superfície de parede interna daparte curva do tubo (71).

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3,CARACTERIZADO pelo fato de o elemento guia (lla-c) possuirum formato curvo com um centro de curvatura correspondendosubstancialmente ao da parte curva do tubo (71)-

5. Dispositivo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de o ele-mento guia (lla-c) possuir uma espessura dentro da faixa de-0,5 a 5 mm.

6. Dispositivo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de o dis-positivo compreender pelo menos um canal de fluxo (12a-d)definido por uma superfície de um elemento guia (lla-c) euma superfície oposta da parte curva do tubo (7'), onde asditas superfícies são situadas a uma distância predetermina-da (d3, d4) uma da outra o que corresponde a um quart docomprimento de onda sonora que deve ser amortecida no tubo(7) .

7. Dispositivo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de o dis-positivo compreender pelo menos dois elementos guia (lla-c)onde os ditos elementos guia (lla-c) compreendem superfíciesmutuamente opostas que definem um canal de fluxo intermediá-rio (12b, c) e onde as ditas superfícies mutuamente opostassão situadas a uma distância predeterminada (d2, d3) uma daoutra o que corresponde a metade do comprimento de onda so-nora a ser amortecida no tubo (7).

8. Dispositivo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de o ta-manho dos ditos furos (ll1) ser tal que pelo menos duas bor-das laterais mutuamente e substancialmente opostas dos furosrespectivos (ll1) serem situadas a uma distância de não maisque 5 mm uma da outra.

9. Dispositivo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de o ele-mento guia (11) ser disposto em uma parte de tubo (7f) que ésituada substancialmente e imediatamente a montante de umcompressor (5) com relação à direção de fluxo do meio gaso-so.

10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 9,CARACTERIZADO pelo fato de o dito compressor (5) compreenderuma unidade turbo (4, 5) para um motor a combustão (1).