A EFICIÊNCIA DE IRRADIAÇÃO

EFICIÊNCIA DE IRRADIAÇÃO

Um componente de estrutura ao vibrar perde energia de várias formas: convertendo em calor através do amortecimento estrutural transferindo a outros componentes através das uniões (fator de acoplamento [pic 1]); e irradiando energia para o ambiente, fluido que a envolve, em forma de energia sonora. A eficiência de irradiação [pic 2], fornece uma indicação de como o componente de estrutura (fonte de ruído) irradia energia sonora. Caso este componente esteja trocando energia com um campo sonoro o fator de acoplamento é expresso em função da eficiência de irradiação.

A eficiência de irradiação, [pic 3] , é definida como segue:

[pic 4]  [ adimensional ]                                               (1)

onde:

W[pic 5] é a potência acústica [Watts] irradiada

ρ é a densidade do meio (kg/m3)

c é a velocidade do som (m/s)

 S é a área [pic 6] do componente de estrutura

 [pic 7] é a velocidade quadrada, média temporal e espacial

A potência irradiada pode também ser expressa em função da Resistência de irradiação, [pic 8] e do fator de perda de radiação [pic 9].

[pic 10]

ou

[pic 11]  [ Rayl = NS/m ]   [ unidade de impedância ]

onde:

ω é a freqüência em radianos por segundo (rad/s)

M é a massa da fonte vibrante (kg)

Fisicamente R[pic 12] representa a resistência mecânica que a estrutura deve vencer para gerar uma onda sonora em uma dada freqüência f. Trata-se de uma forma conveniente e simples (poucos termos) de representar a potência irradiada, sendo por isso largamente empregada na literatura.

O fator de perda total η pode ser considerado como sendo a soma do fator de perda mecânica ηmec, associado com o amortecimento interno do material, e o fator de perda de radiação ηrad, correspondendo à radiação sonora. Portanto:

η = ηmec + ηrad

O fator de perda mecânica  é responsável pela dissipação da energia vibratória dentro do material:

[pic 13]                                                                                     (2)

Segundo a Equação 2, quanto maior for a dissipação interna de energia de vibração (ηmec alto), menor será a velocidade de vibrações de superfícies e, consequentemente, menor será o nível de ruído gerado.

As dissipações em juntas podem contribuir significativamente para o fator de perda mecânica. Para pressões de contato, altas e baixas, as energias dissipadas são pequenas, portanto existe uma pressão ótima para dissipação máxima.

A potência acústica irradiada por um corpo vibrante pode ser obtida através da solução da equação da onda submetida às condições de contorno de uma superfície vibrante, e pode ser calculada por um dos métodos que seguem:

1. Em um campo próximo; pela média temporal da integração do produto da pressão sonora P, pala velocidade da superfície do corpo Vs sobre a área vibrante ds:

[pic 14]                                                                                (3)

onde Ps e Vs são respectivamente, a parte real da pressão sonora de campo próximo e a velocidade da superfície.

1. Em um campo afastado; pela média temporal da integração da intensidade acústica sobre uma superfície fechada contendo a fonte ds:

[pic 15]                                                                                       (4)

1. Através da multiplicação da parte real da impedância de radiação pela velocidade [pic 16]:

[pic 17]                                                                                (5)

 

1. Radiação de Ruído de Placa Vibrante

Algumas fontes ruído apresentam-se na forma de chapas finas ou painéis vibrantes. Precisa-se entender a influência do carregamento do fluido e dos parâmetros estruturais na eficiência de radiação de tais estruturas, a fim de que se possam fazer estimativas teóricas da radiação sonora, e se possam aplicar medidas de controle de ruído.

Existem dois tipos de efeitos a serem considerados: as excitações mecânicas localizadas, que correm na estrutura da chapa, e a excitação distribuída, devida à presença do fluido circundante, que é uma excitação acústica. No primeiro tipo a excitação mecânica localizada gera ondas de flexão livre que se propagam com número de onda kp. No segundo tipo, o campo fluido impõe um movimento de onda na chapa com número de onda próprio.

1.1. Onda de Flexão em uma chapa

Ondas acústicas planas (unidimensionais) geram ondas de flexão em paredes infinitas. A equação diferencial do movimento de flexão livre unidimensional de uma placa não amortecida é dada por:

[pic 18]                                                                                      (6)

[pic 19]Figura 1. Onda de Flexão Livre

onde:

ξ é a coordenada de deslocamento

M é a massa da placa por unidade de área

D é a rigidez de flexão da placa

D = Eh3/12(1-υ2), para placa homogênea