Estudio acústico en planta de cogeneración con silenciadores y resonadores

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Ejemplo de Ingeniería y estudio acústico, simulación e insonorización con silenciadores acústicos Silen y Sistem para solucionar un problema grave de Medio Ambiente en una planta de cogeneración mediante silenciadores reactivos, antipulsatorios y resonadores.

1) OBJETO DE ESTUDIO

La utilización de nuevos métodos de simulación acústica permiten solucionar un problema de contaminación acústica originado por una central de cogeneración situada a escasos metros de unas viviendas. (Figura 1).

La principal fuente de ruido se centra en la radiación sonora de los escapes de los motogeneradores, que a pesar de incorporar silenciadores montados en el by-pass, aparecen componentes de baja frecuencia que molestan al vecindario situado a 80 metros.

Se trataba de una situación de compromiso social, ya que las mediciones efectuadas por técnicos y expertos municipales, mostraban valores aceptables según todas las ordenanzas.

Los niveles de presión sonora a bajas frecuencias son poco audibles, pero en determinadas circunstancias en las que influyen: orografía del terreno, disposición y características de las viviendas, climatología, etc. son localizables y molestos, principalmente en las horas de descanso.


El objetivo previsto: determinar las causas y definir los medios para reducir el ruido en los escapes. Las mediciones acústicas efectuadas en la vecindad destacaron máximas de 68 dB a 50 Hz y 73 dB a 100 Hz en uno de los motores y de 73 dB a 50 Hz y 58 dB al 00 Hz en el otro.

Metodología del estudio


Para obtener un nivel aceptable por el vecindario debía garantizarse una atenuación de 13 dB en las bandas de frecuencia más significativas.

El método empleado permitió el diseño, localización y montaje en puntos precisos de la tubería de escape. La atenuación fue elementos reactivos con los que se obtuvo un valor residual global de 50 dB(A) con espectros sonoros planos sin frecuencias destacables.

planta tybor 1 - Ingeniera acústica, silenciadores reactivos, antipulsatorios y resonadores

2) DATOS DE LA INSTALACIÓN PARA EL ESTUDIO

Ingeniería acústica: SILEN Y SISTEM
Silenciadores: SILEN Y SISTEM
Potencia de la central: 6 MW
Motores: ULSTEIN-BERGEN, KVGS – 18G
Potencia: 3030 kWa 1000 r.p.m.
Caudal gases escape: 20.350 Kg./h
Temperatura gases escape: 405°C


3) MÉTODO DE ESTUDIO EMPLEADO

El conjunto de la instalación, incluyendo los silenciadores ya existentes, se ha representado mediante un simulador híbrido, analógico digital.


La maqueta electrónico-eléctrica contempla: los parámetros geométricos de los conductos, las características termodinámicas, constantes y velocidades de los gases, gradientes de temperatura, datos acústicos, impedancias localizadas, etc.

Para esta analogía, la presión acústica es equivalente ala tensión eléctrica y el caudal másico acústico se equipara a la intensidad de la corriente eléctrica instantánea.

El análisis espacio temporal, en función de la frecuencia, puede simularse en cualquier punto del interior de los conductos. Lo que permite observar las características de propagación del ruido y en particular, las eventuales resonancias axiales.

La investigación de los medios para atenuar el ruido, se hace directamente en el simulador; este método tiene la ventaja de encontrar una solución óptima en un tiempo relativamente corto. (Figura 2)


4) ESTUDIO DE LA CENTRAL DE COGENERACIÓN

La disposición de los motogeneradores en el edificio de cogeneración, obligó aun recorrido distinto para los conductos de gases de escape de cada grupo. La configuración particular de estos conductos propiciaba el acoplamiento con el resto de elementos del escape. Incluidos los silenciadores originales y por efecto resonante incrementaba los niveles de presión sonora a determinadas frecuencias.(Figura 2).

Dichas resonancias solo pueden desaparecer por rediseño completo de la línea de escape o por compensación de las pulsaciones en lugares precisos de la instalación.

Ante la imposibilidad de cambiar la disposición y trazado de la tubería, se optó por analizar el fenómeno e instalar los elementos atenuadores correspondientes.


El análisis de la función del conjunto de la línea de escape, desde el colector hasta la boca de salida del silenciador, muestra fuertes resonancias críticas en zonas próximas a los 50 Hz en un motor y 100 Hz en el otro.

Desarrollando las tuberías modelizadas y comprobando la evolución de los niveles de presión acústica en todos los puntos del interior para los 1/3 de octava desde 50 a 200 Hz y volviendo a efectuar el estudio con válvulas by-pass cerradas. Se observa que las frecuencias críticas son independientes de los silenciadores ya instalados y no se modifican por su presencia. Confirmando la sospecha de que solo los conductos entre turbosoplantes y válvulas son las que provocan los modos de coincidencia a las citadas frecuencias.

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antipulsatorios y stub 2 - Ingeniera acústica, silenciadores reactivos, antipulsatorios y resonadores
Antipulsatorios y stub colocados
antipulsatorios y stub - Ingeniera acústica, silenciadores reactivos, antipulsatorios y resonadores
silenciadores reactivos, antipulsatorios y stub montados



5) TRATAMIENTO ACÚSTICO EFECTUADO

De una parte, se propuso sustituir el colector de unión de las dos líneas de cilindros de cada motor por un elemento antipulsatorio

Esta opción viene obligada por tener que compensar: las frecuencias perturbadoras a la entrada de las tuberías. Si se hubiera determinado que existía resonancia con los silenciadores de by-pass se tendrían que situar en el punto de la tubería en que aparecía el máximo de la onda de presión sonora.

Por otra parte, para aumentar la atenuación a 50 Hz del motor nº 2, se debería montar un resonador de onda que denominaremos “STUB” y que consiste en un tubo conectado lateralmente a la línea de escape. El otro extremo del STUB, acaba en un fondo rígido regulable en longitud, que tiene por objeto conseguir la dimensión exacta necesaria para atenuar a la frecuencia de interés( figura 3).

Este ajuste final es necesario, pues existe cierta imprecisión en los gradientes de temperatura en el interior del STUB por el que no circulan los gases de escape y está sometido a perturbaciones aerodinámicas.

También, la frecuencia de trabajo del I STUB, modifica la respuesta a 150 Hz, que es muy próxima a la fundamental del motor, lo que podría aumentar la presión sonora a esa frecuencia, por lo que el STUB se sintonizará en una posición que permita niveles adecuados tanto a 50 como a 150 Hz.( figura 4).

grafico atenuación silenciador - Ingeniera acústica, silenciadores reactivos, antipulsatorios y resonadores
grafica stub y antipulsatorios - Ingeniera acústica, silenciadores reactivos, antipulsatorios y resonadores
graficos silenciadores finales - Ingeniera acústica, silenciadores reactivos, antipulsatorios y resonadores
FIGURA 5



MEDICIONES ACÚSTICAS

Las mediciones acústicas en análisis de 1/3 de octava se realizaron antes y después del tratamiento, en el exterior de las propias viviendas afectadas, siendo las las mas representativas las efectuadas por la noche, a las 12 horas, para evitar la influencia del ruido de tráfico.

En la figura 5 aparecen las mediciones de los niveles de presión sonora (bajas frecuencias) debido a los escapes por el by-pass de ambos motores por separado. Se observa la desaparición de las crestas en los valores críticos de frecuencias.

La figura 6 corresponde al espectro completo de los niveles residuales.


CONCLUSIONES DEL ESTUDIO ACÚSTICO

Este estudio por simulación ha dado resultados totalmente satisfactorios, pues se respetó la garantía y desapareció el problema de vecindario.


El análisis de laboratorio permitió conocer los fenómenos existentes y definir con eficacia y precisión el tratamiento mínimo indispensable.


Los estudios técnicos aplicados con rigor científico a este tipo de problemas proporciona un considerable ahorro económico al diseñar el equipo adecuado a cada caso.

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Estudio acústico en planta de cogeneración con silenciadores y resonadores


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