Cómo funciona un silenciador de purga
Un fluido a presión que se expande genera ruido, a veces muy por encima de los límites reglamentarios. En esta nota se explican los mecanismos físicos que intervienen y cómo el silenciador VS BOËT los controla.
Sistemas de expansión industriales
En la industria, hay muchos equipos que sirven para reducir la presión de un fluido o para descargar un caudal a presión: válvulas de seguridad, válvulas de expansión, purgas de calderas, etc. Estos sistemas están por todas partes en sectores como el energético, el petroquímico, el nuclear o incluso el agroalimentario.
Lo que tienen en común todos estos dispositivos es que, cuando el fluido pasa por una sección estrecha (orificio, perforaciones, asiento de la válvula), se produce una expansión que, si no se controla, genera un ruido intenso —característico del ruido de chorro—.
La Vena Contracta — zona de origen del ruido
Cuando un fluido a presión atraviesa una sección estrecha, el cambio brusco de sección y la gran diferencia de presión entre la parte anterior y la posterior provocan la aparición de chorros a alta velocidad. A esta zona de máxima contracción se la llama «Vena contracta».
La relación entre las presiones aguas abajo y aguas arriba determina el régimen de flujo dentro de esta zona:
- Subsónico: la velocidad del fluido es inferior a la velocidad del sonido.
- Sónica: la velocidad es igual a la velocidad del sonido. El flujo está obstruido: la velocidad en la Vena contracta es máxima, mientras que la presión es mínima.
- Supersónico: cuando se produce una fuerte caída de presión, la velocidad a la salida del sistema de expansión puede superar la velocidad del sonido.
La energía generada durante la expansión se transforma, en su mayor parte, en calor y, en una pequeña fracción, en energía acústica. Es esta fracción la que constituye la fuente del ruido que percibimos.
Los 5 modos de generación de ruido
La generación de ruido se puede dividir en cinco regímenes. Cuanto mayor sea la relación entre la presión aguas arriba y la presión aguas abajo, más intenso será el régimen y más aumentará el nivel de ruido.
A partir del régimen 2, la presión a la salida de la Vena contracta genera una diferencia con respecto a la presión ambiental. Aparecen células de choque para equilibrar las presiones, y la velocidad en estas células supera la velocidad del sonido.
| Régime | Écoulement | Description |
|---|---|---|
| Régime 1 | Subsonique | Vena contracta bien formée. Forte récupération de pression en sortie (P2). Aucune cellule de choc ne se forme. |
| Régime 2 | Sonique | Des cellules de choc se forment en barrières mais n'interagissent pas encore entre elles. P2 conserve une récupération partielle, qui diminue à l'approche de la limite haute du régime. |
| Régime 3 | Supersonique | Aucune récupération de pression. Pas de vena contracta clairement définie — la chute de pression est continue. Les cellules de choc dites « quivering » interagissent fortement entre elles. |
| Régime 4 | Disque de Mach | Les cellules de choc fusionnent en un disque de Mach unique. Un saut de bruit est observé lors du passage du régime 3 au régime 4. |
| Régime 5 | Niveau maximal | Efficacité acoustique constante. Toute diminution supplémentaire de P2 n'augmente plus le niveau sonore — comportement propre à ce régime, absent des régimes 1 à 4. |
Naturaleza del ruido de expansión
El ruido que se produce al expandirse un fluido es la superposición de dos componentes distintos, con orígenes físicos y firmas espectrales diferentes.
Ruido de mezcla (a cualquier régimen)
Ruido de banda ancha, presente independientemente del régimen de flujo. Lo generan las estructuras turbulentas del chorro: las estructuras pequeñas producen frecuencias altas, y las grandes, frecuencias bajas.
Ruido de impacto (solo regímenes sónicos)
Se genera por la presencia de células de choque o del disco de Mach. Tiene un componente tonal —el chirrido — y un componente de banda ancha. Su frecuencia característica se puede calcular analíticamente.
Paramètres
Fréquence du screech
12 360 Hz
12.4 kHz
Zone spectrale
Hautes fréquences
Exemple — soupape vapeur industrielle
Une soupape de sécurité vapeur (c = 480 m/s, D = 8 mm) s'ouvre en régime sonique (M = 1,0). Avec S ≈ 0,30, le screech se situe autour de 18 000 Hz — au-dessus du seuil d'audibilité courant. C'est précisément l'objectif du détendeur perforé BOËT : réduire D pour repousser f hors de la plage audible.
El silenciador VS: cuatro mecanismos combinados
El silenciador VS está compuesto por dos elementos complementarios: un reductor de presión (tubo perforado, que puede ir acompañado de una malla metálica) y una parte disipadora. Estas dos etapas activan a la vez cuatro mecanismos de reducción del ruido.
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