Come funziona un silenziatore di sfiato

Sistemi di espansione industriali

Nel settore industriale, ci sono un sacco di dispositivi che servono a ridurre la pressione di un fluido o a scaricare un flusso sotto pressione: valvole di sicurezza, valvole di espansione, scarichi delle caldaie, ecc. Questi sistemi sono onnipresenti nei settori dell’energia, della petrolchimica, del nucleare e anche dell’industria agroalimentare.

La cosa che accomuna tutti questi dispositivi è che il passaggio del fluido attraverso una sezione ristretta (orifizio, fori, sede della valvola) provoca una espansione che, se non viene controllata, genera un rumore intenso — tipico del rumore da getto.

La Vena Contracta — zona da cui proviene il rumore

Quando un fluido sotto pressione attraversa una sezione ristretta, il brusco cambiamento di sezione e la notevole differenza di pressione tra a monte e a valle provocano la formazione di getti ad alta velocità. Questa zona di massima contrazione si chiama Vena contracta.

Il rapporto tra le pressioni a valle e a monte determina il regime di flusso all’interno di questa zona:

• Subsonico — la velocità del fluido è inferiore alla velocità del suono.
• Sonic — la velocità è pari a quella del suono. Il flusso è ristretto: la velocità nella Vena contracta è massima, mentre la pressione è minima.
• Supersonico — in caso di forte calo di pressione, la velocità in uscita dal sistema di espansione può superare quella del suono.

L’energia generata durante l’espansione si trasforma in gran parte in calore e, in misura minore, in energia acustica. È proprio questa parte che costituisce la fonte del rumore che sentiamo.

Le 5 modalità di generazione del rumore

La generazione del rumore può essere suddivisa in cinque regimi. Più è elevato il rapporto tra la pressione a monte e quella a valle, più il regime è intenso e più aumenta il livello sonoro.

Già a partire dal regime 2, la pressione all’uscita della Vena contracta crea una differenza rispetto alla pressione ambiente. Si formano delle celle di shock per bilanciare le pressioni, e la velocità in queste celle supera quella del suono.

Il rumore prodotto dall’espansione di un fluido è dato dalla sovrapposizione di due componenti distinte, con origini fisiche e caratteristiche spettrali diverse.

Rumore di miscelazione (a tutti i regimi)

Rumore a banda larga, presente indipendentemente dal regime di flusso. È generato dalle strutture turbolente del getto: le strutture più piccole generano frequenze alte, quelle più grandi frequenze basse.

Rumore da urto (solo regimi sonici)

È generato dalla presenza delle celle d’urto o del disco di Mach. Comprende una componente tonale — lo screech — e una componente a banda larga. La sua frequenza caratteristica è calcolabile analiticamente.

Il Silenzioso VS — quattro meccanismi combinati

Il silenziatore VS è composto da due elementi complementari: un riduttore di pressione (tubo forato, eventualmente abbinato a una rete metallica) e una parte dissipativa. Questi due stadi attivano contemporaneamente quattro meccanismi di riduzione del rumore.