A natureza do ruído do vento: uma sinfonia de aerodinâmica e vibração mecânica
Ruído do vento de Motores de ventilador de ar condicionado é uma das fontes de ruído mais significativas durante a operação do sistema de ar condicionado. Não é simplesmente "ruído do vento", mas um ruído complexo gerado pela complexa interação da aerodinâmica e vibrações mecânicas. Do ponto de vista técnico, o ruído do vento pode ser definido como as ondas sonoras geradas pela rotação de alta velocidade do impulsor do ventilador, que interage com o ar, causando instabilidade do fluxo de ar, turbulência, vórtices e flutuações de pressão. Esse ruído é normalmente de banda larga, o que significa que a energia é distribuída em uma ampla faixa de frequência, mas os picos ocorrem em frequências específicas (como a frequência de passagem da lâmina e seus harmônicos).
Fontes de ruído do vento: quatro mecanismos principais de geração
1. Ruído de frequência de passagem da lâmina:
Este é o componente mais representativo do ruído do vento. Quando as lâminas do ventilador giram em alta velocidade, periodicamente "cortando" o ar ou as estruturas fixas (como o suporte do motor e a língua de voluta), elas geram pulsações periódicas do fluxo de ar. Essa pulsação gera um ruído de frequência específico, conhecido como frequência de passagem da lâmina (BPF). A fórmula de cálculo é: bpf = número de lâminas × velocidade de rotação (rpm). Por exemplo, um ventilador com sete lâminas e uma velocidade de rotação de 1200 rpm possui um bpf de 7 × (1200/60) = 140 Hz. Devido à sensibilidade variável a frequências específicas, os BPFs na faixa de 1-4 kHz podem ser particularmente irritantes.
2. Ruído de derramamento de vórtice:
Quando o ar flui sobre superfícies irregulares, como lâminas de ventilador, suportes e volutas, vórtices instáveis são formados. Quando esses vórtices se separam da superfície, eles geram flutuações de pressão aleatórias, criando um ruído não periódico de banda larga. O ruído de derramamento de vórtice geralmente se manifesta como um som sibilante ou zumbido. Pode não ser perceptível em baixas velocidades de vento, mas aumenta significativamente em velocidades de vento mais altas. Controlar esse ruído requer otimizar o design do caminho do fluxo de ar para reduzir as superfícies de arrasto desnecessárias e as curvas nítidas.
3. Ruído da turbulência:
A rotação do impulsor do ventilador cria um fluxo de ar altamente turbulento. A própria turbulência é um movimento de fluido aleatório e desordenado contendo vórtices de tamanhos variados. O movimento aleatório e a interação desses vórtices também geram ruído de banda larga. O ruído da turbulência é proporcional à sexta potência da velocidade do vento, o que significa que, para cada duplicação da velocidade do vento, o nível de pressão sonora do ruído da turbulência aumenta em quase 18 decibéis. Essa é a principal razão pela qual os ar condicionados experimentam um aumento acentuado no ruído no modo de "potência".
4. Ruído de ressonância:
A ressonância ocorre quando a frequência natural das pás do ventilador, a voluta ou toda a estrutura do ar condicionado é próxima da frequência de ruído gerada pelo ventilador (como o BPF). A ressonância faz com que a amplitude da vibração aumente drasticamente, amplificando o ruído de vibração originalmente sutil em um som alto. Esse ruído geralmente se manifesta como um som "zumbido" ou "rugido", às vezes acompanhado por vibrações perceptíveis. O controle do ruído de ressonância requer otimização de materiais estruturais, adicionando materiais de amortecimento ou modificando o projeto estrutural para mudar a frequência ressonante.
Estratégias de controle de ruído do vento: otimização abrangente do design à aplicação
Para reduzir efetivamente o ruído do vento em motores de ventilador com ar-condicionado, a indústria adotou uma variedade de medidas técnicas, que são integradas ao longo de todo o projeto de design, fabricação e instalação de produtos.
1. Otimização do design do impulsor e aerodinâmico:
Essa é a chave para abordar fundamentalmente o ruído do vento. Através de simulações de dinâmica de fluido computacional (CFD), os engenheiros podem otimizar a forma da lâmina, a curvatura, o ângulo de inclinação e a espessura para reduzir a separação e a turbulência do fluxo de ar, reduzindo assim o ruído do vórtice. Além disso, o uso de espaçamento ou comprimento desigual da lâmina pode efetivamente interromper os harmônicos do ventilador do ventilador (BPF), dispersando sua energia e reduzindo a nitidez do ruído.
2. Otimização da estrutura de voluta e duto de ar:
O design da voluta é crucial para o seu impacto no ruído do vento. Otimizar o espaçamento entre a língua de voluta e o impulsor pode reduzir a pulsação do fluxo de ar durante o corte da lâmina. Um projeto de parede interna e duto de ar de voluta simplificado pode reduzir a resistência ao fluxo de ar, turbulência e vórtices, reduzindo assim o ruído. Alguns ar condicionados de ponta empregam até a ingestão bidirecional de ar ou os projetos de dutos de várias camadas para obter um fluxo de ar mais suave.
3. Materiais e tecnologias de vibração e redução de ruído:
O uso de materiais compósitos de polímero ou materiais de absorção de som para fabricar a voluta e o duto absorve e atenua efetivamente as ondas sonoras. Usando almofadas de amortecimento de vibração elástica ou adesivo de amortecimento na conexão entre o motor do ventilador e o invólucro do ar condicionado, pode isolar a vibração do motor, impedindo que ele seja transmitido através da estrutura para o painel do ar condicionado, reduzindo assim o ruído transmitido pela estrutura.
4. Tecnologia de controle motor:
O uso de tecnologias de frequência variável e CC (BLDC) sem escova é uma tendência nos modernos motores de ventilador de ar condicionado. Como os motores BLDC não possuem escovas, eles operam de maneira mais suave e silenciosa e sua velocidade pode ser ajustada com precisão e continuamente por um controlador de frequência variável. Isso permite que o ar condicionado ajuste a velocidade do ar de acordo com as necessidades reais. Em baixas velocidades, os níveis de ruído podem ser significativamente reduzidos, melhorando efetivamente o conforto do usuário.
Medição e avaliação do ruído do vento
Profissionalmente, as medições de ruído do vento geralmente são conduzidas em uma câmara anecóica para garantir que os resultados da medição não sejam afetados pelo ruído externo. As principais métricas de medição incluem:
Nível de pressão sonora (dB): Isso reflete o volume do ruído. O nível de pressão sonora ponderado em A (DBA) é normalmente usado porque se assemelha mais à percepção de volume do ouvido humano.
Nível de potência sonora (dB): Isso reflete a energia de ruído da própria fonte. É independente do ambiente de teste e é a métrica fundamental para avaliar o desempenho acústico de um produto.
Análise espectral: Ao analisar a distribuição de ruído em diferentes frequências, os níveis de ruído de pico, como frequências de corte de lâmina, podem ser identificados, fornecendo uma base para o projeto de redução de ruído subsequente.
