Tesis doctoral de Manuel José Martínez Bordes
Esta tesis se enfoca en el desarrollo e implementación de métodos eficaces de diseño y modelado acústico de silenciadores híbridos de motores de combustión interna, a través de herramientas de tipo analítico y numérico. Debido a la creciente preocupación de la sociedad en la degradación medioambiental, traducida en legislaciones medioambientales cada vez más severas, en la cual el ruido proveniente de los vehículos se ha convertido en una fuente importante de contaminación, es necesario el desarrollo de técnicas de diseño y modelado de silenciadores rápidas, fiables y de bajo coste computacional que permitan obtener resultados precisos. la tesis está organizada de manera que se comienza realizando una exposición de los fundamentos de métodos tradicionales de análisis acústico, como los modelos de onda plana. Se resalta la importancia de los materiales absorbentes como agentes atenuadores de ruido y se definen sus propiedades y características más importantes. Seguidamente se procede con la descripción y desarrollo de modelos mediante el empleo de técnicas numéricas como el método de elementos finitos. A continuación se plantean modelos a través de la utilización de técnicas modales multidimensionales que servirán como herramientas de diseño. Por último, se realizan ensayos de caracterización acústica de materiales absorbentes y se validan experimentalmente los modelos teóricos estudiados. los modelos de onda plana y la representación matricial asociada han sido los tradicionalmente utilizados. Sin embargo, la fiabilidad de sus resultados se limita a rangos de frecuencia reducidos y no tienen en cuenta los efectos tridimensionales de la propagación. Se evidencia la necesidad de la búsqueda de otras metodologías de modelado que tengan en cuenta dichos efectos tridimensionales, que a la vez sean aplicadas a un extenso rango de frecuencias y a una gama de geometrías de mayor complejidad. las metodologías multidimensionales pueden clasificarse en dos grandes grupos: las basadas en métodos numéricos convencionales, tales como el método de los elementos de contorno y el de elementos finitos y las apoyadas en técnicas modales analíticas. De los métodos numéricos el más utilizado hoy en día es el método de elementos finitos, que al ser enfocado hacia el campo de la acústica, resulta ser muy versátil al permitir analizar geometrías con secciones transversales arbitrarias teniendo en cuenta la incorporación de los efectos convectivos debidos a la existencia de flujo medio. El método de los elementos de contorno es también adecuado pero presenta desventajas a la hora de abordar problemas con efectos convectivos, materiales absorbentes y superficies perforadas. El método de elementos finitos se aplica a la resolución de la ecuación de ondas convectiva, presentando en esta tesis la formulación en presión. Es interesante observar el comportamiento acústico de los silenciadores al ser modificadas sus principales características geométricas. También resulta relevante comparar los resultados proporcionados por el método de elementos finitos y los aportados por los modelos de onda plana. Esta técnica numérica (al igual que el método de los elementos de contorno) posee un elevado coste computacional el cual aumenta a medida que crece el número de grados de libertad del modelo pudiendo ocasionar en algunas fases de análisis la inviabilidad de su aplicación. debido a que en el modelado de silenciadores el tiempo de procesamiento de datos es un factor decisivo, los esfuerzos se deben centrar en reducir el coste computacional proporcionando a su vez una predicción del comportamiento acústico suficientemente precisa. Para ello, una posible estrategia consiste en el desarrollo de técnicas modales analíticas multidimensionales que puedan ser aplicadas a las configuraciones geométricas más interesantes comercialmente. Esto constituye el aspecto medular de la tesis y se fundamenta en el planteamiento analítico modal de la ecuación de ondas asociada a conductos de geometría rectangular, circular y anular que puedan considerar la presencia de material absorbente. De entre las técnicas modales multidimensionales existentes se hace énfasis en el método de integración directa y la técnica de ajuste modal. Ambas técnicas proporcionan resultados similares al método de elementos finitos, con un coste computacional menor, siendo la técnica de ajuste modal la que presenta una convergencia más rápida. la realización de medidas experimentales complementa el análisis teórico presentado a lo largo de la tesis. Por ello el planteamiento de un sistema de medida, que simule las características reales, es fundamental en la obtención de los datos necesarios para su estudio y comparación de las predicciones teóricas. De la amplia bibliografía existente se evalúan algunos de los métodos experimentales más utilizados que permiten estimar las propiedades acústicas de silenciadores y componentes que serán integrantes de los sistemas acústicos. En el caso específico de los silenciadores híbridos investigados en esta tesis, se determinan los parámetros más relevantes del material absorbente que forman parte de ellos tales como la impedancia característica z y número de onda k.
Datos académicos de la tesis doctoral «Modelado analítico-numérico y caracterización experimental de silenciadores de escape híbridos«
- Título de la tesis: Modelado analítico-numérico y caracterización experimental de silenciadores de escape híbridos
- Autor: Manuel José Martínez Bordes
- Universidad: Politécnica de Valencia
- Fecha de lectura de la tesis: 16/04/2010
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Francisco David Denia Guzmán
- Tribunal
- Presidente del tribunal: Antonio josé Torregrosa huguet
- jordi Romeu garbí (vocal)
- Juan a María Mayo núñez (vocal)
- Jorge luís Parrondo gayo (vocal)