MX2008012834A - Silenciador para sistemas de separacion de gas con base absorcion. - Google Patents

Abstract

La presente invención generalmente se refiere a la atenuación de un ruido de ventilador a vació utilizando un silenciador. Más particularmente, la presente invención se refiere a un silenciador de bajo costo, confiable y eficiente para reducir los niveles de ruido en plantas de separación de gas con base en adsorción de la descarga del ventilador a vacío de la entrada del soplador de alimentación, hasta aproximadamente al nivel 90 dBA aproximadamente o menos, a la abertura del silenciador al atmósfera. El silenciador incluye al menos una cámara reactiva (s) (28, 30, 32) para atenuar las pulsaciones de baja frecuencia y al menos una cámara de adsorción (s) (40, 42, 44) para atenuar el ruido en el medio con ruido de alta frecuencia.

Description

SILENCIADOR PARA SISTEMAS DE SEPARACION DE GAS CON BASE EN ABSORCION Campo de la Invención La presente invención generalmente se refiere a la atenuación del ruido de un ventilador utilizando un silenciador en un sistema de separación de gas con base en absorción. La presente invención más particularmente se refiere a un silenciador de bajo costo, confiable y eficiente conectado a la descarga de un ventilador de vacío o a la entrada de un ventilador de alimentación de una planta de separación de gas con base en absorción. El silenciado puede reducir los niveles de ruido hasta aproximadamente el nivel 90 dBA o menos en la abertura del silenciador a la atmósfera. Antecedentes de la invención Las plantas de separación de gas con base en absorción (por ejemplo sistemas de absorción oscilatoria de presión (PSA, por sus siglas en Inglés) o sistemas de absorción oscilatoria de presión a vacío (VPSA, por sus siglas en Inglés) operan a varias capacidades. Ha habido y sigue habiendo una alta demanda de estas plantas para tener producto más alto a través de ellas. Una manera de alcanzar este objetivo es aumentar la medida de la planta, como tendencias presentes para estas plantas de gran tonelaje se convierten comercialmente en plantas con costo más efectivo.

Las plantas VPSA de gran tonelaje requieren medidas de ventilador y/o velocidad incrementados. Aumentando la medida de ventilador, sin embargo, también aumenta el ruido irradiado y los niveles de pulsaciones en la planta. Estas pulsaciones pueden llevar a vibraciones de tuberías que definitivamente pueden dañar las tuberías, camas u otro equipo tales como postenfriador en la planta. Además, el ruido generado por estas pulsaciones podría ser peligroso para la seguridad y la salud del personal de la planta y el ambiente. Por ejemplo, los niveles de presión de sonido en la salida de un ventilador de vacío de gran medida típico puede alcanzar niveles hasta aproximadamente 170-180 dB. Para seguridad, las preocupaciones ambientales y/o reglamentarias, sin embargo, los niveles de presión de sonido necesitan reducirse hasta aproximadamente 90 dBA. Para reducir la pulsación, y de esta manera disipar el ruido por gas descargado, las plantas VPSA típicamente utilizan un silenciador en la descarga del ventilador de vacío. El silenciador del ruido presente en plantas VPSA estándar es proporcionado por silenciadores de tipo de armazón de acero cilindricos disponibles. Puesto que estos silenciadores son más y más grandes en longitud y diámetro para proporcionar la atenuación del sonido necesaria para plantas más grandes, son más propensos para vibrar y actúan como una fuente de ruido y pueden fallar mecánicamente. El costo de la elaboración y mantenimiento de estos silenciadores aumenta. A causa de economía, confiabilidad y efectividad, los silenciadores de armazón de acero no sirven exitosamente para plantas de gran tonelaje. Esto requiere un método de alternativa del ruido de ventilador silenciado en estas plantas. Las patentes norteamericanas Nos. 6,089,348 de Bokor y 4,162,904 de Clay y col. muestran una práctica en industria típica para silenciar el ruido del ventilador. En las ambas patentes, se sugiere que el ruido del ventilador puede ser reducido o disipado por un silenciador cilindrico del tipo de armazón de acero que incluye múltiples cámaras. Estos tipos de silenciadores se vuelven inefectivos para ventiladores grandes que generan altos niveles de pulsaciones puesto que su armazón vibra debido a las pulsaciones del ventilador. Además, el costo de elaboración y mantenimiento de estos silenciadores es al contrario afectado por la medida del ventilador aumentado. Por lo consiguiente, estos silenciadores no se elevan económicamente para plantas grandes.

La patente norteamericana No. 5,957,664 de Stolz y col. sugieren el uso de un apagador de pulsación de tipo del resonador de Hemlholtz en el conducto de descarga del ventilador justo antes del silenciador, de manera que las pulsaciones que entran en el silenciador pueden apagarse, y de esta manera el rendimiento del silenciador puede ser mejorado. Un tal alcance es limitado, sin embargo, puesto que el diseño de estos resonadores es solamente efectivo con una frecuencia establecida para condición de diseño específico. En muchos casos, los ventiladores generan pulsos no solamente de una sola frecuencia, pero también en armonía. La patente norteamericana No. 6,451,097 de Andreani y col presenta un alcance alternativo de atenuación de ruido de ventilador describiendo una estructura parcialmente enterrada. Esta estructura tiene tubos de obstrucción y se desconecta para proporcionar atenuación de ruido. En vista de la técnica previa, sería deseable proporcionar un silenciador más confiable, más efectivo en costo y de mejor rendimiento para uso en plantas de separación de gas con base en absorción. Breve Descripción de la Invención La presente invención generalmente se refiere a la atenuación del ruido de ventilador de vacío utilizando un silenciador. Más específicamente, la presente invención se refiere a un silenciador de bajo costo, confiable y eficiente para reducir el nivel de ruido (desde, por ejemplo, aproximadamente 170-180 dB) en la descarga del ventilador de vacío en plantas de separación de gas con base en absorción, tales como plantas de absorción de presión oscilatoria (VPSA) para satisfacer el criterio de seguridad, ambiental y/o reglamentario (por ejemplo hasta 90 dBA). Por ejemplo, y para no ser considerada como limitadora, la presente invención se espera ser apropiada para uso en descarga de ventilador de vacío de oxigeno o sistemas VPSA con dióxido de carbono.

El silenciador de acuerdo con la presente invención puede también ser implementado en la entrada de alimentación de las plantas de separación de gas con base en absorción (por ejemplo, plantas de absorción de presión oscilatoria (PSA) y/o VPSA). Además, el silenciador puede utilizarse en otras aplicaciones, por ejemplos sistemas PSA para separación de aire que produce oxigeno o nitrógeno. Mientras los silenciadores de acuerdo con la presente invención pueden utilizarse en plantas de gran tonelaje y poco tonelaje, los beneficios de reducción de ruido son esperados ser amplificador para plantas más grandes. En relación con los sistemas de la técnica previa, la presente invención se espera que facilite la elaboración. Además, la atenuación de ruido más fuerte es esperada con silenciadores producidos de acuerdo con la presente invención puesto que estos silenciadores incluyen más capacidad de reacción y de absorción del silenciador en comparación con los silenciadores de la técnica previa. Los silenciadores de acuerdo con la presente invención incluyen ambos cámaras de reacción para atenuar las pulsaciones de baja frecuencia y cámaras de absorción para atenuar ruido de media y alta frecuencia. Como aquí se utiliza, un silenciador es una estructura en comunicación de flujo con un ventilador y en comunicación de flujo con la atmósfera. Como aquí se utiliza, una cámara es un gabinete que tiene al menos una abertura de entrada y una de salida. Las paredes exteriores e interiores del silenciador pueden ser formados de concreto. En comparación con los silenciadores con armazón de acero, los silenciadores de acuerdo con la presente invención son diseñados para no actuar como una fuente de ruido. El ruido de baja frecuencia es cancelado en al menos una cámara de reacción que tiene al menos una abertura que sirve como una entrada al silenciador y al menos una abertura que sirve como una salida. Si dos cámaras de reacción son colocadas adyacentes una a la otra, entonces la salida de una cámara de reacción servirá como entrada a la siguiente cámara de reacción, y será colocada en las paredes que las dividen entre las cámaras. Al menos una cámara de absorción es proporcionada y es diseñada para cancelar el ruido en frecuencias más altas que las capacidades de la cámara de reacción. Al menos una cámara de absorción tiene al menos una entrada y una salida, y tiene sus paredes interiores alineadas con al menos un material absorbente de sonido. Al menos una cámara de absorción proporciona una ruta de flujo que promuevo ondas de sonido para ser incidente en el material absorbente de sonido, y la ruta de flujo es del tipo de serpentina. Más específicamente, una ruta de flujo de serpentina promueve ondas de sonido para ser incidentes en las superficies absorbentes de sonido múltiples veces y las ondas de sonidos son absorbidas mucho más efectivamente con relación a los pasajes de flujo rectos. En modalidades preferidas, las paredes interiores de las cámaras de absorción son preferiblemente cubiertas con material absorbentes de sonido que efectivamente cancela el ruido en un amplio intervalo de frecuencias. Además, la superficie interior de la cámara de reacción que es una comunicación de flujo directa con la cámara de absorción puede también ser cubierta con material que absorbe el sonido para proporcionar reducción de ruido reactivo y de absorción. Los silenciadores de la presente invención incluyen al menos una cámara y preferiblemente una pluralidad de cámaras de reacción. Las cámaras de reacción incluyen al menos una abertura en las paredes de división. Estas aberturas reducen y/o minimizan la caída de presión y facilitan la elaboración. El silenciado reactivo es proporcionado en el silenciador utilizando expansiones y contracciones en áreas transversales de la ruta del flujo de gas. En modalidades alternativas, sin embargo, puede haber solo una abertura en las paredes de división. Mientras es posible incluir solamente una cámara de reacción (por ejemplo, en ventiladores pequeños), las modalidades preferidas de acuerdo con la presente invención típicamente incluirán una serie de cámaras de reacción. Los silenciadores de la presente invención también incluyen al menos una cámara de absorción. En modalidades en las cuales hay solo una clamara de absorción, la cámara de reacción que es en comunicación de flujo directa con una cámara de absorción es preferiblemente cubierta con materiales absorbentes de manera que tiene capacidades de absorción. Configuraciones específicas de las cámaras de absorción preferiblemente proporcionan una ruta de flujo en serpentina. En modalidades preferidas de la presente invención, todas las paredes interiores de las cámaras de absorción son cubiertas con materiales de absorción de sonido. El silenciado por absorción se espera ser más efectivo en los silenciadores de la presente invención en comparación con la técnica previa debida a la presencia de un área de superficie interior grande cubierta con materiales que absorben el sonido y la ruta de flujo en serpentina. Como se ha mencionado anteriormente y se discutirá a continuación, los silenciadores de la presente invención reducen y/o eliminan la característica de problemas de vibración de armazón de acero de muchos silenciadores de la técnica previa. Las cámaras de reacción de acuerdo con la presente invención reducen el nivel de sonido irradiado por reflejado de ondas de sonido de regreso a su fuente. Para proporcionar silenciado reactivo, el silenciador utiliza expansiones y contracciones en áreas transversales de la ruta de flujo del gas. Los silenciadores de la presente invención pueden ser más fáciles de elaborar que los silenciadores con armazón de acero o un silenciador con muchas partes internas. Los silenciadores con armazón de acero algunas veces experimentan fallas, tales como agrietamiento y falla del armazón exterior, las paredes de división internas y tubos de obstrucción debido a las pulsaciones de baja frecuencia. La eliminación de construcción de armazón de acero de acuerdo con la presente invención proporciona la fácil construcción e interiores simples. Por lo consiguiente, los silenciadores de la presente invención pueden ser elaborados enteramente en la medida de la planta con un número mínimo o reducido de partes de carga. Los silenciadores de la presente invención también proporcionan las ventajas de presión baja a través del silenciador, que puede ser de consideración significante para eficacia de plantas enteras. Los silenciadores de la presente invención por lo consiguiente proporcionan un beneficio económico importante para proporcionar la habilitación de la tecnología para construir plantas de separación de aire con base en absorción a larga escala, tales como por ejemplo plantas 02-VPSA. Además, el costo del capital relacionado con silenciadores elaborados de acuerdo con la presente invención se espera ser más bajo que los silenciadores de armazón de acero típicos. Breve Descripción de las Figuras Para un entendimiento más complejo de la presente invención y las ventajas de la misma, se hace referencia a la siguiente descripción detallada en conjunto con los dibujos que se acompañan en los cuales: La Figura 1 ilustra un sistema ejemplar que incorpora un silenciador en la descarga de un silenciador de vacío; La Figura 2 ilustra un silenciador de acuerdo con una modalidad de la presente invención;.

La Figura 3 muestra la ruta del flujo de gas de acuerdo con un silenciador de la Figura 2 para el uso con un ventilador de vacío; La Figura 4 muestra una vista de colocación ejemplar de aberturas en las cámaras de reacción de acuerdo con una modalidad apropiada para uso de acuerdo con la presente invención; La Figura 5 muestra una gráfica de pérdida de transmisión calculada teoréticamente (dB) en comparación con la frecuencia 8Hz) para las cámaras de reacción; La Figura 6 muestra una gráfica de pérdida de transmisión calculada teoréticamente (dB) en comparación con las bandas de frecuencia (Hz) para las cámaras de absorción; y La Figura 7 ilustra el nivel de presión de sonido experimentalmente medido (dB) en comparación con el tiempo para una unidad de prueba de acuerdo con la presente invención como se describirá a continuación. Descripción Detallada de la Invención Como se ha discutido anteriormente, la presente invención se refiere a la atenuación del ruido de ventilador de vacío utilizando un silenciador. La presente invención más específicamente proporciona un silenciador de bajo costo, confiable y eficiente para reducir los niveles de ruido de aproximadamente 90 dBA. En modalidades ejemplares de la invención, el silenciador puede ser utilizado en la descarga del ventilador de vacío en plantas VPSA de oxígeno de gran tonelaje. El silenciador incluye cámaras de reacción para atenuar las pulsaciones de baja frecuencia y cámaras de absorción para atenuar ruido de frecuencia baja y alta. Las paredes exteriores e interiores del silenciador pueden ser hechas de concreto, incluyendo concreto reforzado (por ejemplo concreto reforzado con acero). Otros materiales de construcción, sin embargo, pueden ser apropiados para uso de acuerdo con la invención. Por ejemplo, y para no considerarlo como limitante, se pueden utilizar ladrillos y/o bloques de manipostería. Además, el material de construcción puede ser diferente de las cámaras de absorción y de reacción. En una modalidad preferida, las cámaras de reacción pueden ser formadas de concreto y las cámaras de absorción pueden ser formadas de bloques de mampostería. Los materiales de construcción para las cámaras de reacción y de absorción deberían de facilitar la reducción del ruido. Tal como los silenciadores de armazón de acero, los silenciadores de la presente invención no actuarán como fuente de ruido. Las cámaras de reacción reducen el nivel de sonido reflejando las ondas de sonido de regreso a su fuente. Para proporcionar silenciado reactivo, el silenciador utiliza expansiones y contracciones en áreas transversales de la ruta de flujo de gas. Al menos una cámara de absorción proporciona una ruta de flujo en serpentina, y las paredes interiores enteras de las cámaras de absorción son cubiertas con material absorbente de sonido (por ejemplo, fibra de vidrio, lana de vidrio, lana mineral, fibra de nylon y/o similares) para efectivamente cancelar el ruido de altas frecuencias. La Figura 1 ilustra un sistema de absorción de presión de vació típico (VPSA). Como se muestra en la Figura 1, la planta VPSA 10 incluye una o más camas absorbentes (por ejemplo 12, 14) que oscilan entre los ciclos de absorción y desabsorción. Durante el paso de desabsorción, la cama es conectada a un ventilador de vacío 16, el cual causa que el gas absorbido de desabsorbe y se descarga como gas de desecho. Tales ventiladores reemplazan una gran cantidad de gas desde la entrada a la salida a través de las bolsas entre los lóbulos y sellando a volumen relativamente constante, El flujo del gas dentro y fuera de los ventiladores de esta manera no es seguro, pero tampoco es de acción diferenciada (o intermitente). Debido a las diferencias de presión entre las bolsas de gas y la tubería de salida, cada vez que las puntas del rotor limpian el recipiente, se crean las fluctuaciones de presión. Estas fluctuaciones crean pulsación de gas y ruido. Estas pulsaciones tienen una función de medida y velocidad del ventilador, en las cuales las medidas más grandes del ventilador y las velocidades de rotación más elevadas crean pulsaciones más elevadas y de esta manera niveles de ruido más altos. Para reducir la pulsación, y de esta manera disipar el ruido por el gas descargado, las plantas VPSA utilizan un silenciador 18 en la descarga del ventilador de vacío. El nivel de presión de sonido en la salida del ventilador de vacío grande típicamente puede alcanzar niveles de hasta 170-180 dB. A causa de la seguridad e inquietudes ambientales, sin embargo, los niveles de ruido necesitan reducirse a aproximadamente niveles de 90 dBA. Además, puede ser deseable incluir un silenciador de entrada 20, como se muestra, por ejemplo en la Figura 1. Los silenciadores de acuerdo con la presente invención pueden utilizarse como silenciadores de entrada y colocados hacia arriba de un ventilador de alimentación 22 como se muestra en la Figura 1. Cuando el silenciador de acuerdo con la presente invención es conectado a la descarga del ventilador de vacío, el gas del ventilador de vacío entra al silenciador a través de una cámara de reacción y sale del silenciador a través de la cámara de absorción. Cuando el silenciador es conectado a la toma de un ventilador de alimentación, el gas de la atmósfera entra al silenciador a través de una cámara de absorción y sale del silenciado a través de la cámara de reacción en el ventilador. La medida completa de un silenciador es dependiente de varios factores, incluyendo la reducción del ruido deseado y el intervalo de flujo de un gas en particular. La reducción de ruido depende primeramente de la longitud del silenciador, y el área del silenciador es determinada por el intervalo de flujo del gas.

Puesto que la planta aumenta, el área de flujo promedio también incrementa. Por lo consiguiente, el área del silenciador necesita ser aumentada para tener velocidad de flujo aceptable en el silenciador. Como se ha mencionado anteriormente, la atenuación de sonido en los silenciadores de la presente invención se ha alcanzado utilizando ambas, las secciones de reacción y de absorción. Los componentes de reacción primeramente proporcionan reducción del ruido más alto en intervalo de frecuencia baja (<250 Hz) y el componente de absorción proporciona reducción de ruido en intervalos de frecuencia media (entre 250-500 Hz) y alta (>500 Hz). Como también se ha mencionado anteriormente, la velocidad del ventilador y la medida del ventilador dicta la medida del silenciador. Sería apreciado por los expertos en la técnica que el silenciador de acuerdo con la presente invención puede ser modificado para ajustarse a estos criterios. Mientras no se considera como limitadora, una modalidad ejemplar incluye un silenciador diseñado para un ventilador de vacío grande, por ejemplo un ventilador de vacío capaz de operar a flujo de aproximadamente 35000 scfm de aire y corriendo a velocidades entre aproximadamente 1400 rpm y 2200 rpm. El ventilador puede tener rotores de tres lóbulos, posteriormente la frecuencia primaria de las pulsaciones es seis veces la velocidad del eje. Como resultado, el silenciador de concreto puede ser diseñado para proporcionar mejor atenuación de ruido para el intervalo de frecuencia de 140 Hz a 220 Hz. Además, hay armonías más elevadas de las frecuencias en el espectro de frecuencia de las ondas de sonido, y el silenciador de la presente invención es también capaz de atenuar el ruido de frecuencia alta. Además, los canales de flujo es un tal silenciador puede ser diseñados para confortablemente acomodar el flujo de 35000 scfm de aire proporcionado por el ventilador. Las velocidades de flujo bajas dentro del silenciador son importantes para la caída de presión baja y para prevenir la deterioración del material que absorbe sonido. Como un criterio de diseño, la velocidad de flujo en la entrada del silenciador es preferiblemente mantenida bajo 75 pies/seg, mientras la velocidad de flujo promedia dentro del silenciador en cualquier sección es mantenida debajo de 15 pies/seg para prevenir la deterioración de materiales de absorción (por ejemplo fibra de vidrio) en las superficies de las cámaras de absorción. Además, las longitudes de las aberturas entre las cámaras en la sección de absorción son preferiblemente mantenidas alrededor de un tercero de la longitud de cámara para minimizar la caída de presión en estas cámaras. Como se ha mencionado anteriormente, el silenciador puede ser modificado para ajustarse a las variaciones en aplicaciones. Los silenciadores de acuerdo con la presente invención pueden ser apropiadamente diseñados para ser efectivos a otras velocidades de ventilador (es decir otros intervalos de frecuencia efectiva) y intervalos de flujo. Los silenciadores que incorporan las características de la presente invención pueden también ser diseñados para uso en la entrada de alimentación como se ha discutido anteriormente. Por diseño, un silenciador de acuerdo con la presente invención podría ser ubicado justo en la descarga del ventilador de vacío con la conexión de tubería mínima. Esto podría ser particularmente ventajoso para prevenir la resonancia en conexiones de tubería desde el ventilador al silenciador. La longitud de la tubería no debería ser igual o cerca de un cuarto de la longitud de onda de los pulsos. De esta manera, las pulsaciones de tubería se minimizarán. Para ahorrar espacio y tener insonorización, el silenciador y particularmente sus secciones reactivas pueden ser colocados en la tierra. El silenciador se puede extender sea verticalmente u horizontalmente. Una geometría ilustrativa no limitadora de un silenciador 50 para el antes mencionado ventilador es mostrado en las Figuras 2-4. Una muestra ejemplar para un ventilador que tiene las capacidades antes mencionadas (es decir, operación de flujo de 35000 scfm de aire y entre 1400-2200 rpm) se espera ser de aproximadamente 12' hasta 17' y 24' de altura con un espesor de pared de aproximadamente 12". Puesto que el ventilador descarga el gas de desecho, el flujo pulsante entra en el silenciador a través de la abertura de entrada 26 y se expande en la cámara de reacción 28. En la modalidad mostrada, hay tres cámaras de reacción (28, 30, 32) en la sección más baja del silenciador. Las paredes de división (34, 36, 38) de cada una de las cámaras puede tener al menos una abertura (por ejemplo, múltiples aberturas de diámetro de 2'). Una vista ejemplar de estas paredes se muestra en la Figura 4. Se apreciará por los expertos en la técnica que otros arreglos para las aberturas en las paredes de división de las cámaras, pueden ser diseñados para uso de acuerdo con la presente invención. La geometría de las paredes de división proporciona expansión y contracción en áreas transversales de la ruta de flujo de gas en una serie de cámaras como se ha discutido anteriormente. Haciéndolo de esta manera, el ruido de baja frecuencia y las pulsaciones son atenuados. Este es el principio subyacente de silenciado reactivo. Además, el área total de las aberturas de la salida es diseñada para ser 3% más grande que la entrada para minimizar la caída de presión. Por ejemplo y en una modalidad ilustrativa, la cámara 30 tiene tres aberturas (por ejemplo, aberturas de diámetro de 2') en la pared de división 34 del lado de la entrada, mientras en la pared de división 36 en la parte de la salida, hay cuatro de estas aberturas. Como se ha demostrado posteriormente en las Figuras 2-4, hay múltiples cámaras de absorción (40, 42, 44) en el silenciador 50. Cada cámara de absorción (40, 42, 44) tiene las superficies interiores cubiertas con materiales de absorción de sonido (por ejemplo fibra de vidrio). El recubrimiento es suficientemente delgado (por ejemplo 2 pulgadas de grueso en algunas modalidades) para facilitar la reducción de ruido en intervalo de frecuencia media y alta (>250 Hz). En estas cámaras, el ruido de alta frecuencia es primeramente atenuado por absorción de sonido. La medida de estas cámaras es diseñada para proporcionar velocidades bajo flujo del gas de manera que deteriora los materiales absorbentes y llevará a la caída de presión más baja. El gas de desecho es descargado a la atmosfera a través de la abertura 46 en la parte superior del silenciador. Si el silenciador es diseñado como una unidad colocada en tierra o una unidad parcialmente colocada en la tierra, entonces la abertura de salida 46 se necesita extender encima del nivel del suelo de manera que no cause asfixia con nitrógeno. Para los modelos anteriores de suelo, una cubierta de lluvia en la salida debería ser suficiente para la mayoría de las aplicaciones. En el silenciador para el ventilador antes mencionado, hay tres cámaras de reacción en serie. Con relación al número de cámaras, las cámaras de reacción reducen el nivel de sonido irradiado reflejando las ondas de sonido de regreso a su fuente. Para proporcionar silenciado reactivo, el silenciador utiliza expansión y contracción en áreas transversales de la ruta del flujo de gas. Las cámaras de reacción son primeramente efectivas para atenuar el ruido de baja frecuencia (150-200 Hz).

Como es muy bien conocido por una teoría de silenciador de una dimensión, la magnitud de la pérdida de transmisión en una sola cámara de reacción es determinada por la medida de la entrada, salida y el área de la cámara, mientras la longitud de la cámara determina el intervalo de frecuencia efectiva del silenciador. Para esta razón, la selección de longitud de cámara es muy importante para silenciado efectivo. Si la longitud de la cámara es igual a un cuarto múltiple de la longitud de onda (L=A/4, 3A/4, 5A/4,...) la pérdida de transmisión estará en su máximo. Por otro lado, si la longitud de cámara es igual a la mitad múltiples de la longitud de onda (?_ = ?/2, ?, 3A/2,...), la pérdida de transmisión sería cero. Manteniendo esta teoría en mente, cada una de las tres cámaras reactivas es diseñada para proporcionar un nivel deseado de pérdida de transmisión en el intervalo de frecuencia de interés. La pérdida de transmisión total proporcionada por el número de cámaras de reacción (por ejemplo tres) es la suma de cada número (por ejemplo tres) de las pérdidas de transmisión. La pérdida de transmisión teorética calculada (atenuación de sonido) como una función de frecuencia de ondas de sonido por cada una de las tres cámaras para la modalidad descrita anteriormente y su suma es mostrada en la Figura 5. Las cámaras de reacción son diseñadas para proporcionar aproximadamente 40-50 dB de pérdida de transmisión en un intervalo de frecuencia de interés de 150-250 Hz.

Las cámaras de absorción atenúan el sonido convirtiendo la energía acústica en calor por fricción en los vacíos entre las partículas de gas oscilantes y el material absorbente de sonido fibroso/poroso. Los silenciadores absorbentes son efectivos para atenuar ruido de frecuencia media y alta. En el silenciador ejemplo discutido anteriormente, la atenuación del ruido por absorción toma lugar en las tres cámaras de distribución superiores. Las superficies internas de estas cámaras son alineadas con el material absorbente (por ejemplo fibra de vidrio delgada de 2"). En la unidad de prueba descrita en el ejemplo a continuación, solamente los paneles de fibra de vidrio descubiertos son instalados, puesto que la unidad sería utilizada para periodos de tiempo relativamente cortos. Los materiales absorbentes, tales como superficies de fibra de vidrio, sin embargo, pueden ser cubiertos con hojas perforadas (por ejemplo, hojas perforadas de metal delgadas) para proporcionar protección adicional de los materiales absorbentes del daño de superficie. Estas perforaciones pueden preferiblemente estar en el intervalo de 25-50% de área abierto. Como se ha mencionado anteriormente, los materiales disponibles comercialmente, diferentes a la fibra de vidrio pueden ser utilizados como material absorbente de sonido. Un criterio importante cuando se utiliza fibra de vidrio o materiales parecidos a la fibra de vidrio es que el material debería aguantar las velocidades de flujo hasta aproximadamente 40 pies/seg.

Además, sus propiedades absorbentes de sonido no deberían deteriorar a temperaturas elevadas hasta aproximadamente 300°F. Los materiales diferentes a la fibra de vidrio, tales como lana mineral, fibras de nylon o similares pueden utilizarse como materiales absorbentes de sonido en las cámaras de absorción mientras las propiedades de absorción de sonido del material no se deterioran a temperaturas que salen del ventilador (por ejemplo aproximadamente 300°F) y con velocidades de superficie altas. Las combinaciones de estos materiales también se pueden utilizar. En algunas modalidades específicas, las cámaras de absorción son diseñadas para proporcionar de manera colectiva atenuación de sonido de aproximadamente 50 dB. Más generalmente, sin embargo, la geometría de la cámara y el coeficiente de absorción de sonido del material absorbente determina la atenuación total (pérdida de transmisión) proporcionada por las cámaras de absorción. La pérdida de transmisión calculada esperada para cada banda de octavo para el caso de una, dos o tres cámaras es mostrado en la Figura 6. Como se ilustra en la Figura 6, las cámaras de absorción son más efectivas a frecuencias más altas que a frecuencias más bajas (por ejemplo, una sección de absorción de tres cámaras puede proporcionar atenuación de sonido de 25-30 dB en el intervalo de frecuencia de interés de 140-220 Hz, en comparación con casi 50 dB para frecuencias más altas). Prácticamente, sin embargo, la atenuación total sería más alta puesto que las ondas del sonido entrante no son ruidos de frecuencia baja pura, pero también ruido de frecuencia más alta debido a otras armonías. Otro factor importante para considerar cuando se diseña un silenciador es la cantidad de caída de presión (o presión posterior) inducida por el silenciador en la salida del ventilador. La caída de presión más baja puede ser deseable para eficiencia de plantas totales más grandes. Ambos, las simulaciones computacionales y los resultados experimentales sugieren que el silenciador ejemplo diseñado con tres cámaras de reacción en serie con tres cámaras de descarga de absorción alcanzan aproximadamente 0.15 de caída de presión en condiciones de flujo pico. Como se ha esperado, la mayoría de la caída de presión toma lugar en las cámaras de reacción debido a expansión múltiple y contracción del flujo. Esto es mucho menos que la caída de presión de algunos silenciadores del tipo de armazón de metal típicos. A causa de que las plantas no operan con intervalos de flujo elevados continuamente, la caída de presión promedia se espera ser menos, y en algunos casos, mucho menos. La unidad puede ser construida como una estructura que se extiende verticalmente. El silenciador puede también ser construido como una estructura que se extiende horizontalmente o en una combinación de estructura que se extienden verticalmente y horizontalmente. Con la expansión vertical, una multitud de secciones puede ser construida en un punto muy limitado. Esto puede ser ventajosamente cuando el espacio es limitado. Alternativamente, una estructura que se extiende verticalmente puede ser colocada bajo el suelo para ahorrar espacio. Además, una unidad dentro del suelo tendrá la ventaja de atenuación de sonido adicional por el suelo. El silenciador puede también ser diseñado como una unidad dentro del suelo parcial, con, por ejemplo, cámaras de reacción siendo colocadas en el suelo, puesto que primeramente las pulsaciones de baja frecuencia están en estas cámaras. Varios arreglos diferentes se pueden hacer dependiendo del espacio disponible en el área de la planta. En algunos lugares, el espacio de la planta podría ser muy limitado mientras en otras estas limitaciones no existen. Como se ha establecido anteriormente, las paredes que dividen las cámaras en las secciones de reacción de la unidad de prueba tienen aberturas de diámetro de 2 pies circulares múltiples. La forma de estas aberturas, sin embargo, puede ser rectangular o cualquier otra forma tanto que el área total de las aberturas de salida de la cámara son de aproximadamente 33% más que las aberturas de entrada (para consideración de caída de presión). Para propósitos de ilustración, puede haber más de cuatro huecos de la segunda 36 y tercera pared 38 de división. Si el número de huecos es aumentado, entonces la medida de los huecos debería de minimizarse apropiadamente para mantener aproximadamente la misma área total abierta en las paredes. La geometría actual de las cámaras silenciadores proporciona la cancelación de sonido necesaria en las cámaras de reacción. Además, los tubos de obstrucción pueden ser colocados en las aberturas para mejorar la pérdida de transmisión en el intervalo de frecuencia de interés. Las longitudes relativas de los tubos y las cámaras en conjunto con longitud de onda de las ondas de sonido determinan la mejora en la atenuación de ruido. La longitud de los tubos en cada cámara debería preferiblemente ser la mitad de la longitud de cámara para tener atenuación máxima. Teniendo perforaciones en la superficie de los tubos puede posteriormente incrementar la atenuación de ruido. El espesor de las paredes de concreto en la unidad de prueba descrita a continuación es de 12". Este espesor es parcialmente debido a que proporciona soporte estructural para el silenciador que se extiende verticalmente. En el caso de una unidad que se extiende verticalmente o que esta en el suelo, el espesor de la pared puede ser menos, 6" o 8" de grueso comparado con el espesor de 12". En el ejemplo a continuación, la unidad incluía tres cámaras de reacción y tres cámaras de absorción. El número de cámaras puede ser disminuido o aumentado para proporcionar la atenuación de ruido necesaria. Alternativamente, algunas de estas cámaras pueden ser diseñadas para proporcionar atenuación de ruido de reacción y de absorción. Por ejemplo, las superficies internas de etapas posteriores de cámaras de reacción cerca de las cámaras de absorción pueden ser cubiertas con material absorbente de sonido para mejorar la atenuación de ruido en estas cámaras. La cámara de reacción debería preferiblemente ser una cámara de reacción que está en comunicación de flujo directo con la cámara de absorción puesto que el nivel de pulsaciones puedan sustancialmente disminuir para no dañar el material absorbente o su instalación. Por lo consiguiente, estas cámaras pueden proporcionar atenuación de sonido de reacción y de absorción. Las medidas particulares de las cámaras y el silenciador en el ejemplo a continuación son específicamente diseñados para un ventilador más grande que las condiciones de operaciones nominales proporciona 35000 scfm. Para medidas de ventilador más grandes o más pequeñas, el silenciador puede ser diseñado simplemente convirtiendo el intervalo de flujo volumétrico en todas las secciones de flujo. Esto es, por ejemplo, utilizando un ventilador que proporciona 25% más alto de salida lleva a 25% de aumento en al área de flujo. Para aumentar el silenciado de absorción, los paneles de pared verticales y horizontales pueden colocase dentro de las cámaras de absorción como se ha discutido anteriormente. Estas paredes dividen las áreas de flujo en dos, tres o cuatro y cualquier número de secciones, y las ambas partes de estas paredes de división pueden ser cubiertas con material absorbente de sonido para proporcionar atenuación de ruido adicional.

Ejemplo Para validar los estimados analíticos, se ha llevado a cabo un estudio experimental construyendo una unidad de prueba del silenciador de concreto con la antes mencionada medida y geometría. Más específicamente, el silenciador incluyó tres cámaras de reacción y tres cámaras de absorción alineadas con la fibra de vidrio delgada de 2" como se muestra en las Figuras 2-4. El silenciador fue diseñado para operación con un ventilador capaz de operar a flujo de 35000 scfm de aire a 1400-2200 rpm. Los sensores de pulsación de presión fueron colocados en cada cámara para medir el nivel de presión de sonido y de esta manera la efectividad de cada cámara. Las medidas fueron tomadas por varias velocidades de rotación del rotor con varias condiciones de vacío del ventilador. La Figura 7 muestra los resultados de la prueba del nivel de presión de sonido en la salida del ventilador y la salida de cada cámara en el silenciador para las velocidades del silenciador de 1800, 2000 y 2200 rpm, y la entrada del ventilador siendo operada a presiones de 1, 3, 5 y 7 psi (mientras la velocidad fue establecida de 1800 rpm, la válvula fue establecida para 1 psi, la información grabada, y la válvula se cambió a 3 psi, la información grabada, y similar por 5 y 7 psi). Comparando los niveles de presión de sonido medidos entre la salida del ventilador (primeramente de la parte superior) y la entrada de la cámara 3 (cuarta de la parte superior) proporciona la efectividad de tres cámaras de reacción en combinación. Como se ha diseñando, las cámaras de reacción colectivamente proporcionaron atenuación de ruido de 40-50 dB. Similarmente comparando los niveles de presión de sonido entre las salidas de la cámara 3 (desde la parte superior) y la cámara 6 (la cámara final) muestra la efectividad colectiva de tres cámaras de absorción. Los resultados medidos sugieren atenuación de ruido de aproximadamente 20-25 dB por las cámaras de absorción. Es importante notar que el nivel de presión de sonido medido en la salida del silenciador es influenciado por el ventilador y el ruido del motor, por ejemplo, medido dentro de la última cámara del silenciador sugieren atenuación de ruido más elevado de 10 dB por las cámaras de absorción con diferencia de algunos pies fuera de la salida del silenciador. La unidad de prueba fue ubicada dentro del establecimiento. Por lo consiguiente, los resultados de prueba pueden impactar relativamente a una unidad ubicada afuera. Los ambos resultados medidos para las cámaras de reacción y absorción, sin embargo, están de acuerdo con los estimados analíticos. Sería apreciado por los expertos en la técnica que las modalidades específicas anteriormente descritas pueden ser fácilmente utilizadas como base para modificar o designar otras estructuras para llevar a cabo los mismos propósitos de la presente invención. También se podrá realizar por los expertos en la técnica que estas construcciones equivalentes no parten del espíritu y alcance de la invención como se establece reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un silenciador para atenuar el ruido, el silenciador comprende: al menos una cámara de reacción, de al menos una cámara de reacción separada de otra cámara por una pared de división, cada pared de división incluye al menos una abertura dentro de la misma; y al menos una cámara de absorción que tiene una pared de división, en donde al menos una cámara de absorción proporciona una ruta en forma de serpentina a través de al menos una cámara de absorción.

2. El silenciador de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el silenciador es formado de concreto.

3. El silenciador de acuerdo con la reivindicación 2, en donde las paredes interiores de al menos una cámara de absorción son cubiertas con al menos un material absorbente de sonido.

4. El silenciador de acuerdo con la reivindicación 3, en donde al menos una cámara de absorción cubierta absorbe y reduce el ruido a frecuencias de aproximadamente 250 Hz.

5. El silenciador de la reivindicación 3, en donde al menos un material absorbente es seleccionado del grupo que comprende: fibra de vidrio, lana de vidrio, vidrio mineral y fibras de nylon.

6. El silenciador de acuerdo con la reivindicación 5, en donde al menos un material absorbente comprende fibra de vidrio.

7. El silenciador de acuerdo con la reivindicación 6, en donde al menos una cámara de absorción cubierta incluye una hoja de metal perforada colocada en la superficie de al menos un material absorbente.

8. El silenciador de acuerdo con la reivindicación 7, en donde la hoja de metal perforado contiene aproximadamente 25-50% de área abierta.

9. El silenciador de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el silenciador reduce los niveles de ruido en o hasta 90 dBA.

10. El silenciador de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el silenciador atenúa el ruido de un ventilador.

11. El silenciador de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el ventilador de vacío es un componente de un sistema de separación de gas con base en absorción.

12. El silenciador de acuerdo con la reivindicación 1, en donde al menos una abertura de al menos una cámara de reacción contiene un tubo de obstrucción en al menos una abertura de al menos una cámara de reacción.

13. El silenciador de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el número de cámaras de reacción es tres y el número de cámaras de absorción es tres.

14. El silenciador de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el número de cámaras de reacción es cinco y el número de cámaras de absorción es dos.

15. El silenciador de acuerdo con la reivindicación 1, en donde al menos una cámara de reacción es formada de un material seleccionado del grupo que comprende; concreto, ladrillo y bloque de mampostería.