Numerical-Experimental comparisons

Con el fin de verificar el efecto de cada parámetro de la ecuación 4.22 en el nivel de ruido, se trazaron las curvas que se presentan en la Figura 5.40 para los rangos de la velocidad periférica (a), caudal (b) y rendimiento (c) equivalentes a las analizadas. Para cada curva se varió sólo el término referente a la magnitud de que se trate, manteniéndose la suma de los demás términos constante.

Debido a que el coeficiente de multiplicación del logaritmo de la velocidad periférica es aproximadamente 4,5 (exponente de la velocidad periférica, procedente de las fuentes de generación de ruido) veces mayor que el coeficiente multiplicador del logaritmo del caudal y del rendimiento, se observa que la velocidad periférica tiene una mayor influencia en el nivel de ruido que las demás magnitudes. En la Tabla 5.14 están cuantificados los incrementos del nivel de ruido en función del aumento del porcentaje individual de cada magnitud base. A manera de ejemplo, si aumenta solo la velocidad periférica en 20%, hay un aumento de 3,6 dB en el nivel de ruido.

TABLA 5.14

INCREMENTO DEL NIVEL DE LA PRESIÓN SONORA EN dB ∆ de la magnitud base [%] 𝒖𝟓 Caudal Rendimiento 10 1,9 0,4 -0,08 20 3,6 0,8 -0,12 50 8,0 1,8 -0,40 Fuente Propia

Como el término logarítmico del rendimiento no permite una relación directa con el incremento de porcentaje del rendimiento, como las demás magnitudes, se utilizó como referencia un rendimiento nominal del ventilador de 15%.

A través de los valores mostrados en la tabla, se observa que la velocidad periférica es la magnitud con mayor influencia en el nivel de ruido, el caudal tiene influencia intermedia y el rendimiento tiene poca influencia sobre el nivel de ruido.

Entre los parámetros evaluados del ventilador, el número de alabes, el grosor del alabe y el diámetro del deflector no aparecen explícitamente en el cálculo del ruido del método propuesto. Sin embargo, por tener influencia directa sobre el caudal y en el rendimiento del ventilador, estos parámetros son asociados al ruido de forma indirecta, de acuerdo con el método propuesto. En concreto, el número de alabes tiene una relación directa con la frecuencia de paso de los alabes y sus armónicos.

CONCLUSIONES RECOMENDACIONES

De acuerdo a la bibliografía consultada, la estimación del ruido aerodinámico en los ventiladores ha sido estudiada desde mediados del siglo pasado, donde varios métodos de predicción han sido propuestos. Tales métodos se basan en cálculos analíticos, calibrados experimentalmente y/o cálculos numéricos. Los métodos analíticos proporcionan valores del nivel de ruido de forma relativamente rápida con informaciones restringidas al nivel de la potencia sonora total o en bandas de octava, pero los métodos numéricos son capaces de predecir detalladamente el comportamiento localizado y total de la generación del ruido, los espectros en banda estrecha y consecuentemente los espectros en bandas de octavas y los niveles totales, sin embargo, sus tiempos y costos computacionales, actualmente, son demasiado altos, volviéndolos inviables para la mayoría de aplicaciones industriales. El hecho es que no existe un consenso del personal técnico sobre los métodos de predicción de ruido y sus precisiones.

El uso de CFD asociado con el método propuesto se mostró eficaz a fin de permitir la predicción del campo del rendimiento del ventilador, incluyendo el nivel del ruido, incluso en la fase de diseño, reduciendo el tiempo y el coste de fabricación y las pruebas de los prototipos. Esta metodología de predicción de campo de rendimiento de los VFARCR proporciona el uso de una metodología de optimización, lo cual permite desarrollar un ventilador optimizado todavía en la fase de diseño.

Mediante la aplicación de toda la metodología propuesta, incluyendo el procedimiento de optimización se obtuvo diferencias máximas del orden del 8% para los cálculos de CFD y 1,8 dB para el nivel de ruido, cuando se comparan los resultados estimados y los experimentales del prototipo optimizado. Este orden de diferencias refuerza la confiabilidad de la metodología desarrollada.

Los análisis numéricos referentes a las resonancias acústicas presentan resultados satisfactorios cuando son comparados con los resultados experimentales, a través de este análisis fue posible comprobar que el 1er y el 2do modo de resonancia acústica circunferencial de los deflectores son muy significativos en la amplificación del ruido, en comparación con los demás. Se observa por los resultados, que los análisis numéricos pueden ser utilizados como un recurso para identificar los primeros modos de resonancia acústica, lo que permite evitar que las frecuencias de estos modos coincidan con las BPF o frecuencias de mayores amplitudes, todavía en la fase de diseño.

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