ES2296773T3 - Silenciador relleno de fibras multicapa y procedimiento para fabricacion del mismo. - Google Patents
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Abstract
Un silenciador (100) que comprende: una carcasa externa (110); una carcasa interna (120) que define un paso (126), estando dispuesta una parte de la carcasa interna (120) dentro de la carcasa externa (110) y definiendo con la carcasa externa (110) una primera región (140) adyacente a la carcasa interna (120) y una segunda región (142) adyacente a la primera región (140); un primer material absorbente de sonido (150) dispuesto en la primera región (140); y un segundo material absorbente de sonido (152) dispuesto en la segunda región (142), siendo el primer material absorbente de sonido (150) diferente del segundo material absorbente de sonido y estando adaptados el primer y segundo materiales absorbentes de sonido (150; 152) para atenuar el ruido acústico en un gas según se desplaza a través del paso (126), en el que la primera región (140) y la segunda región (142) están comunicadas entre sí, caracterizado porque el silenciador comprende adicionalmente un tabique (130) dispuesto dentro de la carcasa externa (110), separando el tabique la primera y segunda regiones (140; 142) y comprendiendo perforaciones (132) que proporcionan comunicación entre las regiones (140; 142).
Description
Silenciador relleno de fibras multicapa y
procedimiento para fabricación del mismo.
Esta invención se refiere en general a un
absorbedor de sonido con múltiples capas de material absorbente de
sonido y a un procedimiento de fabricación de un silenciador, y en
particular, a un procedimiento de llenar directamente un
silenciador con diferentes tipos de material absorbente de sonido.
La invención es útil en la producción de absorbedores de sonido que
pueden usarse para reducir las emisiones de ruido de un
vehículo.
Los absorbedores de sonido se usan típicamente
para reducir las emisiones de ruido y tienen numerosas aplicaciones,
por ejemplo, un silenciador para un vehículo. Un silenciador
convencional incluye una carcasa o recipiente, normalmente de
sección transversal cilíndrica u ovalada, con un tubo interno
perforado o poroso que se extiende a través de las piezas finales
del recipiente a través del cual un gas, tal como el gas de escape
de un motor de combustión interna, puede fluir. El silenciador a
menudo incluye un material absorbente de sonido, tal como lana de
fibra de vidrio, que se dispone entre la carcasa y el tubo interno y
que amortigua o atenúa el ruido en el gas que fluye a través del
silenciador.
Dichos silenciadores pueden fabricarse de
diversas maneras. La lana de fibra de vidrio puede prensarse en
forma de esterilla entre la carcasa y el tubo interno o enrollarse
alrededor del tubo interno. La Patente de Estados Unidos Nº
5.926.954 de Wolf ("Wolf") se refiere a un procedimiento
de preparación de un silenciador de múltiples capas de fibra. Las
capas de hilo de fibra se enrollan alrededor de un tubo interno
perforado según gira el tubo. Se pone un tabique entre las capas
para separar unas de otras. Las múltiples capas y tabiques reducen
el desprendimiento de las fibras (que disminuye las propiedades de
reducción acústica del silenciador). Un inconveniente del
procedimiento de Wolf es que requiere que el material
absorbente de sonido esté en forma de esterilla, limitando de esta
manera su rendimiento acústico y térmico. La naturaleza del
procedimiento de enrollado da como resultado filamentos paralelos
que limitan las propiedades de aislamiento térmico del material
fibroso. Debido a la tensión requerida por el procedimiento de
enrollado, dichas fibras tienden a empaquetarse fuertemente contra
el tubo perforado y se equilibran con las altas temperaturas del gas
de escape dando como resultado una mayor susceptibilidad a
desprendimiento. También, el procedimiento consume tiempo y es
caro, y requiere múltiples piezas de maquinaria.
Como alternativa, la lana de fibra de vidrio
puede estar en forma de fibra de vidrio expandida, troceada con una
longitud de fibra de aproximadamente 50 mm. Usar dicha hebra de
fibra de vidrio troceada requiere un equipo caro para llenar los
silenciadores y hace difícil llenar el silenciador uniformemente.
Ambos procedimientos de troceado y agujereado confieren graves
desperfectos a las fibras con una pérdida de más del 50% de la
resistencia a tracción de las fibras. Adicionalmente, dicha
construcción presenta una mala durabilidad ya que la mayoría de las
fibras troceadas a menudo tienen una longitud de menos de 15 mm.
Estas fibras muy cortas migran finalmente a través de las
perforaciones del silenciador y se desprenden. El llenado no
uniforme puede dar como resultado también que la lana se empaquete
contra la pared interna cilíndrica de la carcasa mediante los gases
de escape que pasan a través del tubo interno, lo que a su vez
conduce a que el rendimiento de reducción de ruido del silenciador
se deteriore relativamente rápidamente. Este procedimiento tiene
altos costes de fabricación debido a la cantidad de trabajo, al
número de etapas de preparación, residuos, y dificultades para
llenar diseños complejos.
Una consideración de diseño para los
absorbedores de sonido es la degradación térmica de los materiales
absorbentes de sonido con el tiempo por exposición a los gases de
escape calientes. Un procedimiento de diseño implica el uso de
materiales más resistentes a la temperatura cerca del tubo interno
del silenciador, donde las temperaturas son mayores. La Patente de
Estados Unidos Nº 4.269.800 de Sommer et al.
("Sommer") describe diseños de silenciador que usan
esterillas individuales de ambas fibras minerales y fibras metálicas
y una esterilla compuesta constituida por ambos tipos de fibras.
Sommer describe un silenciador con diferentes capas de
fibras minerales y metálicas. La fibra metálica se coloca más cerca
del gas de combustión en el silenciador que la capa de mineral
proporcionando protección por resistencia al calor y a la corrosión.
Las dos capas se tejen o cosen juntas, o se acoplan con un
adhesivo. Sommer describe también un procedimiento de
fabricación de una esterilla compuesta combinando fibras metálicas
con fibras minerales durante la fabricación de una esterilla de
fibra mineral. Consume tiempo y es muy laborioso fabricar e insertar
la esterilla. Adicionalmente, el diseño de Sommer ofrece
sólo una mejora gradual de durabilidad frente a las esterillas de
fibra de vidrio convencionales. El diseño consta de fibras
discontinuas que, bajo una carga vibracional en el escape,
finalmente migrarán a través de las perforaciones y se desprenderán
del silenciador.
El documento US 4371054 describe un silenciador
acústico para un pasaje de gas o conducto de escape para un motor
de turbina de gas, sin embargo no se describe un silenciador como se
define en la reivindicación 1 posteriormente en este documento.
El documento JP 01125514A describe un
silenciador que comprende una carcasa interna, una carcasa externa,
un primer material absorbente de sonido dispuesto en una primera
región entre las dos carcasas y un segundo material absorbente de
sonido dispuesto en una segunda región entre la región externa y el
primer material absorbente de sonido.
Existe una necesidad de una forma barata de
fabricar un silenciador que incluya diferentes tipos de fibras
absorbentes de sonido. Por ejemplo el documento SU 1127983 describe
un silenciador de escape para una bomba de vacío, con un tabique
deflector esférico y un tamiz plástico dentro de un cuerpo con una
holgura llena con tres capas. El absorbedor preferiblemente
contendrá fibras continuas que no estarán predispuestas a
desprenderse del silenciador a través de las perforaciones en el
tubo interno. Usando diferentes tipos de fibras, pueden ponerse
fibras más caras, resistentes a la temperatura más cerca del gas de
escape para proteger a las fibras baratas que son menos resistentes
al calor.
Los defectos de la técnica anterior se superan
mediante el silenciador lleno de fibra de múltiples capas y el
procedimiento de fabricación del absorbedor descritos. El
silenciador incluye una carcasa externa, un tubo interno poroso o
perforado o carcasa que define un paso a través del cual puede fluir
un gas, un tabique situado entre las carcasas para definir dos
cámaras y dos capas de material absorbente de sonido, tal como lana
de fibra de vidrio, se sitúa dentro de las dos cámaras. El material
absorbente de sonido adyacente a la carcasa interna se selecciona
para que sea más resistente al calor que el material que está más
lejos de la carcasa interna.
El silenciador se llena con los materiales
absorbentes de sonido usando un procedimiento de llenado directo en
el que se inyectan fibras continuas al silenciador. Durante la
preparación para el llenado, se coloca un tabique entre las
carcasas para definir dos cámaras. Cada cámara se llena con uno de
los materiales absorbentes de sonido. El tabique se deja en su
sitio, el tabique está perforado. Los dos materiales absorbentes de
sonido pueden llenarse a diferentes densidades.
El procedimiento de llenado directo simplifica y
reduce el coste de llenado del recipiente y proporciona un
silenciador que se llena uniformemente y tiene una calidad
absorbente de sonido mejorada.
La Figura 1 es una vista lateral esquemática de
un silenciador y un aparato de llenado directo para llenar el
silenciador de acuerdo con los principios de la invención.
La Figura 2 es una vista isométrica de un
silenciador que representa los principios de la invención.
La Figura 3 es una vista lateral de sección
transversal del silenciador de la Figura 2.
La Figura 4 es una vista isométrica de la
carcasa interna del silenciador de la Figura 2.
La Figura 5 es una vista isométrica del tabique
del silenciador de la Figura 2.
Las Figuras 6A-B son vistas
finales de sección transversal del silenciador de la Figura 2 con el
tabique y sin el tabique, respectivamente.
La Figura 7 es un gráfico que muestra la
relación entre la densidad de llenado y las propiedades de absorción
acústica en un intervalo de frecuencias.
La Figura 8 es un gráfico que muestra la
relación entre el diámetro de fibra y las propiedades de absorción
acústica en un intervalo de frecuencias.
En las Figuras 1-6B se ilustra
un silenciador de múltiples capas y un procedimiento de fabricación
de un silenciador que representa los principios de la invención. El
silenciador descrito proporciona buenas características de
absorción acústica a costes de fabricación relativamente bajos. El
procedimiento descrito de fabricación de un silenciador mejora el
procedimiento de llenado del absorbedor, particularmente
suministrando fácilmente hebras de diferentes materiales
absorbentes de sonido al dispositivo.
El silenciador de la invención incluye una
carcasa, un pasaje dispuesto en la carcasa a través del cual puede
fluir el gas que tiene ruido acústico a atenuar por el absorbedor, y
material absorbente de sonido dispuesto en la carcasa para atenuar
el ruido acústico que emana del flujo de gas en el pasaje. El
material absorbente de sonido incluye dos o más composiciones de
distintas propiedades, tales como propiedades térmicas o acústicas.
Un primer material absorbente de sonido se dispone adyacente al
pasaje y el flujo de gas a través del pasaje. El primer material
tiene una propiedad con un valor seleccionado, tal como una
resistencia relativamente alta a la degradación térmica por el
flujo gaseoso caliente a través del pasaje. El ruido acústico se
atenúa en el primer material. El primer material es también un
aislante térmico, que proporciona un gradiente de temperatura a
través del primer material desde la superficie del primer material
que es adyacente al flujo de gas caliente a través del pasaje. Un
segundo material se dispone adyacente al primer material
proporcionando atenuación acústica adicional. El segundo material
preferiblemente tiene un valor seleccionado diferente para la
propiedad de interés, tal como una menor resistencia a degradación
térmica, que el primer material. El espesor y las propiedades
térmicas del primer y segundo materiales se seleccionan de manera
que la temperatura cae entre la superficie del primer material
adyacente al flujo de gas caliente y la interfaz entre el primer y
segundo materiales es tal que la temperatura en la interfaz no
produce degradación térmica inaceptable del segundo material. El
espesor total y las propiedades de atenuación del sonido de los dos
materiales se seleccionan proporcionando el rendimiento de
absorción de sonido deseado para el silenciador.
Los materiales absorbentes de sonido son
preferiblemente filamentos de vidrio continuos, y se inyectan
preferiblemente en la carcasa hacia las localizaciones deseadas
para los materiales. Se dispone un tabique dentro de la carcasa
para separar los dos materiales según se inyectan en la carcasa y
definen de esta manera las regiones a llenar con los dos
materiales. El tabique se deja en su sitio para formar una parte del
silenciador.
La geometría y orientación de los dos
materiales, la carcasa, y el pasaje de flujo pueden variar
ampliamente de acuerdo con el diseño del silenciador. En un diseño
convencional del silenciador, como se describe con más detalle a
continuación, el pasaje de flujo, los dos materiales, y la carcasa
pueden disponerse como cilindros circulares concéntricos. Pueden
usarse también muchas otras formas con secciones transversales
constantes o variables. Dependiendo del perfil de temperatura a lo
largo del eje del pasaje de gas y el perfil de temperatura a través
del espesor de los materiales absorbentes de sonido, los materiales
absorbentes de sonido pueden disponerse también dentro de la
carcasa con espesor variable, incluyendo espesor cero para el primer
material en algunas localizaciones axiales.
Los dos materiales pueden inyectarse también en
la carcasa a diferentes densidades de llenado. Estas densidades
pueden mantenerse en el silenciador acabado mediante la presencia
del tabique, o en la realización en la que se retira el tabique,
las densidades pueden modificarse a un equilibrio en el que el
material lleno a una mayor densidad se expande a una menor densidad
y comprime al otro material a una mayor densidad.
Habiendo identificado estos principios
generales, a continuación se muestran implementaciones de estos
principios en realizaciones actualmente preferidas.
En las Figuras 2-6B se muestra
un silenciador que representa los principios de la invención. Como
se muestra en la Figura 2, el silenciador 100 incluye una carcasa
externa 110 generalmente cilíndrica y una carcasa interna 120
generalmente cilíndrica, dispuesta concéntricamente que se extiende
a través de la carcasa externa. La carcasa interna 120 define un
paso 126 a través del cual fluye el gas, con un extremo de entrada
102 en el que se introduce el contenido de gas con ruido acústico y
un extremo de salida 104 desde el que sale el gas.
La carcasa interna 120 es porosa, o perforada,
proporcionando comunicación entre el interior del paso 126 y el
espacio anular 112 entre las dos carcasas. En esta realización, la
comunicación la proporcionan las perforaciones 128 a través de la
carcasa interna 120. El espacio 112 entre las carcasas se llena con
un material absorbente de sonido, tal como lana de fibra de vidrio.
El espacio 112 se divide en dos regiones, o cámaras, 140 y 142, en
una interfaz 144. Cada cámara 140, 142, se llena con un material
absorbente de sonido 150, 152 respectivo. La interfaz 144 puede
definirse mediante un tabique 130 (como se muestra en las Figuras 3
y 5). El tabique se deja en el silenciador e incluye perforaciones
132 (como se muestra en la Figura 5) proporcionando comunicación
entre las cámaras 140,
142.
142.
En esta realización, en la que el silenciador
100 es un silenciador para el sistema de escape de un motor de
combustión interna, el flujo gaseoso a través del pasaje definido
por la carcasa interna 120 está caliente (por ejemplo, del orden de
650ºC-900ºC (1202ºF-1652ºF)). Por
consiguiente, el material absorbente de sonido 150 (dispuesto en la
cámara 140) tiene una alta resistencia a la degradación térmica. El
material absorbente de sonido 152 puede tener menor resistencia a
la degradación térmica ya que el material 150 aísla al material 152
de las altas temperaturas presentes dentro de la carcasa interna
120. Por ejemplo, el material 150 puede proporcionar un gradiente
de temperatura de aproximadamente 10ºC-15ºC
(50ºF-59ºF) por mm de espesor. Por lo tanto, si el
material 150 tiene un espesor de 10 mm, la temperatura en la
interfaz 144 será de aproximadamente 100ºC-150ºC
(212ºF-302ºF) menor que en la superficie interna del
primer material 150.
El silenciador tiene dos capas de fibras
distintas. Para minimizar el espesor y coste de la capa interna,
puede llenarse una capa interna más gruesa a la menor densidad.
La fabricación del silenciador y el
funcionamiento del aparato de llenado directo se explica ahora con
referencia a la Figura 1. En la Figura 1 se muestra un aparato de
llenado directo para llenar un silenciador, Un ejemplo del
procedimiento de "llenado directo" se describe en la Patente de
Estados Unidos Nº 4.569.471 de Ingemansson et al.
("Ingemansson"). El procedimiento de llenado directo usa
aire comprimido en una boquilla para separar las hebras de fibra de
vidrio en fibras y dirigirlas a una cámara en el silenciador.
La lana de fibra de vidrio en forma
sustancialmente de fibras continuas tiene una mayor elasticidad que
las fibras cortas. Es menos probable que el llenado continuo se
empaquete por la presión intermitente del gas de escape contra las
paredes del silenciador o se desprenda a través de la carcasa
interna 120. Usando el llenado continuo, se mantienen las
propiedades de amortiguación de ruido del silenciador durante un
periodo de tiempo más largo.
En el procedimiento de llenado directo, se
suministra una hebra de fibra de vidrio
multi-filamento a un extremo de una boquilla y se
hace avanzar a través de la boquilla con ayuda de aire comprimido.
La hebra surge de la boquilla como una longitud continua de lana de
fibra de vidrio. La lana se sopla mediante el aire comprimido fuera
de la boquilla y hacia una cámara en el silenciador. Se crea un
vacío sobre la carcasa interna al mismo tiempo para facilitar el
llenado del silenciador.
Aunque el aparato de llenado directo mostrado en
la Figura 1 tiene una sola fuente de hebra y una sola boquilla,
debe entenderse que pueden utilizarse múltiples boquillas para
múltiples hebras. También, el procedimiento puede llenar las
cámaras del silenciador con diferentes hebras de material absorbente
de sonido simultáneamente o secuencialmente.
El procedimiento de fabricación preferido es
usar múltiples boquillas para cada hebra y llenar el absorbedor con
diferentes hebras secuencialmente. Por razones únicamente de
simplicidad, el procedimiento de llenado directo se explicará para
una sola fuente de hebra y una sola boquilla.
El aparato de llenado directo 200 suministra una
hebra de fibra de vidrio 212 desde un paquete 210 a través de un
sistema de boquilla 240 para llenar un silenciador 100. El sistema
de boquilla 240 usa aire comprimido de una fuente presurizada (no
mostrada) para forzar a la hebra desde una boquilla 242 hacia una
cámara del silenciador 100.
El aire soplado a través de la boquilla 242
mueve la hebra hacia delante y separa y enmaraña las hebras de
fibra de manera que la hebra surge de la boquilla en forma de lana
con fibras sustancialmente continuas. La lana se sopla directamente
hacia el silenciador y el aire se extrae de la carcasa interna
mediante un sistema de vacío 250.
Antes de insertar la hebra, el tabique 130 se
inserta entre las carcasa interna y externa. El tabique 130 puede
insertarse manualmente o automáticamente uniéndolo a una parte del
sistema de boquilla.
Según la hebra 212 se desenrolla del paquete,
viaja a través de una serie de guías 214, 216 y un medio de
sujeción 220, y alrededor de un rodillo de rotura 226 a un
suministrador 230. Desviando el hilo sobre el rodillo de rotura
226, la capa cohesiva entre las fibras en la hebra se rompe y
después las fibras se separan. El suministrador 230 guía a la hebra
hacia el sistema de boquilla 240.
El sistema de boquilla incluye una boquilla 242
y una placa 246 con una abertura aguas abajo de la boquilla. El
silenciador 100 está soportado durante la operación de llenado de
una manera que entiende el especialista habitual. El extremo
superior de la carcasa externa 110 está abierto y se sitúa próximo a
la placa 246. El extremo inferior de la carcasa interna 120 está
conectado a una manguera 254 que es parte de un sistema de vacío
250, que extrae el aire fuera de la carcasa interna 120 cuando el
silenciador se llena. La placa 246 se sitúa para formar un hueco
entre la placa y un soporte del sistema de boquilla. El aire fluye a
través del hueco y hacia el absorbedor para igualar la presión en
las cámaras.
El suministrador 230 incluye un par de rodillos
recubiertos con plástico 232, 234 accionados sincrónicamente, de
igual tamaño y un rodillo metálico intermedio 236 que gira
libremente que está soportado por brazos de giro 238. El rodillo
236 está en una posición de suministro de hebra cuando entra en
contacto con el rodillo inferior 234 con el hilo comprimido entre
ellos. Una vez que la hebra se suministra a la boquilla, el rodillo
236 se mueve para entrar en contacto con el rodillo superior 232
mediante un cilindro de aire comprimido u otro mecanismo conocido.
El rodillo 236 continúa girando cuando entra en contacto con el
rodillo superior 232.
El medio de sujeción 220 incluye un par de
árboles 222, 224 montados de forma no rotatoria. El árbol superior
222 está desplazado hacia abajo por un resorte en contacto con el
árbol inferior 224. El árbol inferior 224 puede moverse respecto al
árbol superior para sujetar o liberar la hebra. Cuando la hebra se
ha suministrado, el brazo 218 oscila hasta su posición inferior
para quitar cualquier flojedad en el hilo como se muestra en la
Figura 1. Cuando la operación de suministro comienza de nuevo, el
brazo 218 se hace oscilar de nuevo a su posición superior.
El grado de expansión de la lana y la densidad
final de llenado se determina por factores tales como la velocidad
de suministro de la hebra, la velocidad del aire, el nivel de vacío,
la cantidad de aire que fluye a través de la boquilla, y las
características del dimensionado orgánico sobre la hebra. La
velocidad de suministro se regula de manera que es más lenta que la
velocidad a la que el aire trata de suministrar la hebra desde la
boquilla, con lo que mantiene la hebra bajo tensión. Inicialmente,
el aire suministrado a la boquilla se conecta antes de que el
suministrador comience a tensar la hebra.
El grado en el que se llena el silenciador se
determina mediante el vacío en el absorbedor, que varía con la
capacidad del vacío 252. La cantidad de lana suministrada al
absorbedor puede determinarse midiendo la longitud de la hebra que
se ha suministrado a través del suministrador. Esta longitud puede
calcularse contando el número de rotaciones del rodillo 236 o
midiendo el tiempo de suministro, si se conoce la velocidad
rotacional del paquete. Una vez completado el procedimiento de
llenado, la hebra se corta por cualquier medio de corte conocido,
tal como una cuchilla, puesta inmediatamente por debajo de la
boquilla.
Cuando el absorbedor se ha llenado, se mueve a
una estación para unir la pieza final en el extremo abierto del
silenciador. La pieza final puede fruncirse, hilarse, o soldarse a
los extremos del absorbedor.
Como la lana tiene tendencia a expandirse cuando
se detiene el vacío, el absorbedor puede moverse a la estación de
soldadura mientras el vacío está aún extrayendo el aire. Como
alternativa, se pone temporalmente una placa de recubrimiento sobre
el extremo abierto antes de detener el vacío para evitar que la lana
salga antes de que la pieza final se coloque en el absorbedor.
Ambas propiedades de absorción acústica y
aislamiento térmico varían con la densidad de llenado y el diámetro
de fibra del absorbedor. Por ejemplo, como se muestra en la Figura
7, a frecuencias menores de aproximadamente 400 Hz, un absorbedor
de mayor densidad generalmente presentará una mejor absorción
acústica que el mismo absorbedor lleno a una menor densidad. Sin
embargo, a frecuencias mayores de aproximadamente 400 Hz, un
absorbedor de menor densidad generalmente presentará una mejor
absorción acústica. Análogamente, como se muestra en la Figura 8,
cambiar el diámetro de las fibras presentará el mismo comportamiento
cruzado. Las fibras de menor diámetro pueden aumentar gradualmente
la absorción acústica a baja frecuencia pero disminuir la absorción
a alta frecuencia comparado con fibras de mayor diámetro.
Adicionalmente, aumentar la densidad de llenado (hasta
aproximadamente 300 g/l (18 lb/pie^{3})) o disminuir el diámetro
de fibra disminuyen ambos la conductividad térmica.
Con la presente invención, es posible por lo
tanto optimizar ambas propiedades acústicas y térmicas de todo el
sistema ajustando la densidad de llenado y el diámetro de fibra de
cada capa, como se ha analizado anteriormente, si los materiales
150, 152 se llenan a diferentes densidades. De esta manera, la capa
interna puede diseñarse a un menor espesor que lo que podría
conseguirse con una boquilla de llenado dada. Por ejemplo, puede ser
difícil llenar una cámara con un espesor menor de 0,4 pulgadas (10
mm) porque las dimensiones de la boquilla son demasiado grandes.
Una solución es ajustar el espesor de la cámara interna 140 a un
tamaño aceptable y llenar la cámara interna 140 con un material
absorbente de sonido de baja densidad.
Los componentes del silenciador son
preferiblemente metal, tal como acero. El material 150 es
preferiblemente una fibra de vidrio con una resistencia
relativamente alta a degradación térmica. Las fibras de vidrio
adecuadas incluyen vidrio S (vidrio de
magnesio-aluminio-silicato), vidrio
T, vidrio U, vidrio ECR, o cualquier otra composición con mayor
resistencia a temperatura que el material 152. El material 152 es
preferiblemente una fibra de vidrio de resistencia relativamente
menor a las degradaciones térmicas. Las fibras de vidrio adecuadas
incluyen vidrio A, vidrio E convencional (vidrio de
boro-calcio-aluminio-silicato),
vidrio ECR, ADVANTEX® (MGF Gutsche & Co.) (vidrio de
calcio-aluminio-silicato), vidrio
ZENTRON® (Advanced Glassfiber Yarns LLC), o cualquier otra
composición con resistencia adecuada para pasar por el procedimiento
de llenado. Como alternativa, ambos material 150 y material 152
pueden estar compuestos por la misma composición, aunque posean
diferentes diámetros o se llenen a diferentes densidades.
Se proporcionan las siguientes dimensiones para
un silenciador ejemplar de acuerdo con los principios de la
invención:
diámetro interno de la carcasa externa = 5
pulgadas (120 mm)
diámetro externo del tabique = 3,3 pulgadas (83
mm)
diámetro interno del tabique = 3,2 pulgadas (80
mm)
diámetro externo de la carcasa interna = 2
pulgadas (50 mm)
diámetro de las perforaciones del tabique = 0,25
pulgadas (6 mm)
diámetro de las perforaciones de la carcasa
interna = 0,25 pulgadas (6 mm)
diámetro de las fibras absorbentes de sonido
10-30 micrómetros
velocidad de suministro de hebra a través de la
boquilla = 985-1640 pie/minuto
(300-500 m/min)
densidad de la capa de fibra interna =
1.280-3.200 lb/pie^{3} (80-200
g/l)
densidad de la capa de fibra externa =
1.280-3.200 lb/pie^{3} (80-200
g/l).
Como entenderá el especialista, las dimensiones
y velocidad de suministro identificados anteriormente pueden
variarse dependiendo del tamaño del silenciador y de la cantidad de
absorción de sonido deseada.
Las formas de las carcasas externa e interna
pueden ser distintas de la forma cilíndrica mostrada en las
Figuras.
Como se ha analizado anteriormente, pueden
inyectarse simultáneamente diferentes hebras de fibras a sus cámaras
respectivas usando una o más boquillas para cada hebra. También,
puede usarse una sola boquilla y volver a hilarla con la segunda
hebra de fibra después de haber insertado la primera. Durante el
procedimiento de llenado, el silenciador puede orientarse
horizontalmente, o a cualquier otro ángulo, en lugar de
verticalmente. La carcasa puede girarse también durante la
operación de llenado.
Los materiales absorbentes de sonido pueden
llenarse a la misma densidad, en lugar de a diferentes
densidades.
Las cámaras interna y externa pueden llenarse
con una combinación de diferentes fibras. En otras palabras,
dependiendo del perfil de temperatura a lo largo de la carcasa
interna, pueden ponerse fibras de menor temperatura en la cámara
interna a lo largo de la carcasa interna en el punto aguas abajo en
el que la temperatura es aceptable para sus propiedades. Como
alternativa, una parte de la cámara externa puede llenarse con las
fibras de mayor temperatura.
También es posible usar más de dos materiales
diferentes. Por ejemplo, puede usarse una fibra de vidrio de mayor
temperatura para la capa de vidrio más interna, una fibra de vidrio
de temperatura intermedia como capa intermedia, y una fibra de
vidrio de menor temperatura para una capa externa. Pueden usarse
múltiples divisiones para definir tres o más cámaras en las que
llenar los diversos materiales.
El procedimiento de llenado directo puede usarse
sin crear un vacío sobre la carcasa interna. En este caso, el aire
en la carcasa interna se forzará fuera del extremo inferior de la
carcasa interna.
Como alternativa, los materiales absorbentes de
sonido pueden ser fibras cerámicas cristalinas, fibras de acero
inoxidable, o fibras de basalto.
Claims (16)
1. Un silenciador (100) que comprende:
una carcasa externa (110);
una carcasa interna (120) que define un paso
(126), estando dispuesta una parte de la carcasa interna (120)
dentro de la carcasa externa (110) y definiendo con la carcasa
externa (110) una primera región (140) adyacente a la carcasa
interna (120) y una segunda región (142) adyacente a la primera
región (140);
un primer material absorbente de sonido (150)
dispuesto en la primera región (140); y un segundo material
absorbente de sonido (152) dispuesto en la segunda región (142),
siendo el primer material absorbente de sonido (150) diferente del
segundo material absorbente de sonido y estando adaptados el primer
y segundo materiales absorbentes de sonido (150; 152) para atenuar
el ruido acústico en un gas según se desplaza a través del paso
(126), en el que la primera región (140) y la segunda región (142)
están comunicadas entre sí, caracterizado porque el
silenciador comprende adicionalmente un tabique (130) dispuesto
dentro de la carcasa externa (110), separando el tabique la primera
y segunda regiones (140; 142) y comprendiendo perforaciones (132)
que proporcionan comunicación entre las regiones (140; 142).
2. Un silenciador de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el primer material absorbente de sonido
(150) tiene una mayor resistencia a la degradación térmica que el
segundo material absorbente de sonido (152).
3. Un silenciador de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, en el que la carcasa interna y externa (110;
120) son generalmente cilíndricas y en el que la carcasa interna
(120), el primer material absorbente de sonido (150) y el segundo
material absorbente de sonido (152) se disponen concéntricamente
dentro de la carcasa externa (110).
4. Un silenciador de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el primer y segundo
materiales absorbentes de sonido (150; 152) tienen diferentes
densidades.
5. Un silenciador de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el primer y segundo
materiales absorbentes de sonido (150; 152) incluyen fibras (212)
que tienen diferentes diámetros.
6. Un silenciador de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el primer y segundo
materiales absorbentes de sonido (150; 152) están formados de fibras
de vidrio.
7. Un silenciador de acuerdo con la
reivindicación 6, en el que el primer y segundo materiales
absorbentes de sonido (150; 152) se seleccionan entre fibras de
vidrio A, vidrio S, vidrio T, vidrio U, vidrio ECR, vidrio E
convencional, vidrio de
calcio-aluminio-silicato, vidrio de
basalto, y basalto.
8. Un silenciador de acuerdo con la
reivindicación 7, en el que uno del primer y segundo materiales
absorbentes de sonido (150; 152) está compuesto por fibras de
vidrio de
calcio-aluminio-silicato.
9. Un silenciador de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 5, en el que los materiales absorbentes
de sonido (150, 152) están formados por fibras cerámicas cristalinas
o fibras de acero inoxidable.
10. Un procedimiento de fabricación de un
silenciador (100) que incluye una carcasa externa (110) y una
carcasa interna (120) que define un paso (126), comprendiendo el
procedimiento las etapas de:
insertar un tabique (130) entre la carcasa
externa (110) y la carcasa interna (120) para definir una primera
región (140) entre el tabique (130) y la carcasa externa (110) y una
segunda región (142) entre el tabique (130) y la carcasa interna
(120);
inyectar a la primera región (140) un primer
material absorbente de sonido (150)1; y
inyectar a la segunda región (142) un segundo
material absorbente de sonido (152) diferente del primer material
absorbente de sonido (150), estando adaptados el primer y segundo
materiales absorbentes de sonido (150; 152) para atenuar el ruido
acústico en un gas según se desplaza a través del paso (126), con lo
que la primera región (140) y la segunda región (142) están
comunicadas entre sí en el absorbedor completado.
11. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 10, en el que la etapa de inyectar el primer material
absorbente de sonido (150) incluye suministrar aire comprimido y
una hebra continua (212) del primer material absorbente de sonido
(150) a una boquilla (242) a través de la cual se dirigen hacia la
primera región (140).
12. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 10 ó 11, en el que la etapa de insertar el segundo
material absorbente de sonido (152) incluye suministrar aire
comprimido y una hebra continua (212) del segundo material
absorbente de sonido (152) a una boquilla (242) a través de la cual
se dirigen hacia la segunda región (142).
13. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, que comprende
adicionalmente la etapa de inyectar el segundo material absorbente
de sonido (152) a la primera región (140).
14. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, que comprende
adicionalmente la etapa de inyectar el primer material absorbente
de sonido (150) a la segunda región (142).
15. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, en el que el primer
material absorbente de sonido (150) se inyecta a la primera región
(140) a una densidad diferente de la densidad a la que el segundo
material absorbente de sonido (152) se inyecta a la segunda región
(142).
16. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15, en el que el primer
material absorbente de sonido (150) y el segundo material
absorbente de sonido (152) se inyectan simultáneamente.
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