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caratterizzazione del rumore di pompe a ingranaggi

1. 82 6 3 1 Analizzatore bicanale in tempo reale 2144 Bruel amp Kjaer 83 6 3 2 Sonda intensimetrica ileasdidadidagdigadadgagiandagude 84 6 4 Definizione superficie di misura 85 6 51 Misurazioni areali iii 87 6 6 Elaborazione e analisi dei dati 88 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE 92 7 1 Pompa PEZO 93 7 1 1 Livelli complessivi di 93 12 Spettri di potenza sonora i 93 7 1 3 Analisi delle singole faccie L i ici 95 7 1 4 Mappe diinensila Globe la 97 2 Pompa 102 7 2 1 Livelli complessivi di potenza 102 7 2 2 Spettri di potenza i 102 7 2 3 Analisi delle singole facce L i cicline 103 7 2 4 Mappe di ineisil rrilleali ili 106 7 3 Confronto tra le alri 110 POTENZA SONORA EMESSA DAL SISTEMA E INDIVIDUAZIONE DELLE SORGENTI 113 8 1 2 zian 114 8 2 Pompa WSP20 22 ooo 120 8 3 E OS oeni E AET 124 CORRELAZIONE TRA POT
2. 36 3 4 La scala dei decibel i livelli sonori 40 4 MISURE DI PRESSIONE SONORA 42 4 1 2 NERE RIE 43 4 1 1 Analisi in frequenza e 44 4 1 2 Dalla trasformata di Fourier alla trasformata discreta di Fourier 47 42 EFONOMenioi lai 52 4 3 Calibratori lele Ra 56 5 MISURE DI POTENZA SONORA 58 5 1 Energia sonora e intensit clinica 58 5 2 Determinazione della potenza sonora 63 5 3 iena 66 5 4 La normativa di riferimento 70 5 5 Applicazioni della tecnica 71 5 6 Cenni ai metodi innovativi per misure intensimetriche 72 5 7 Software di elaborazione e rappresentazione 73 AL 6 7 5 8 La mappatura 74 DEFINIZIONE METODOLOGIE DI MISURA 78 6 1 Camerasemi anecoica rrtt rttrennnn rnnt rene 78 6 2 Configurazione sperimentale 2 2 80 6 3 Analisi del sistema di
3. Figura 2 5 Fasi del funzionamento di una pompa a ingranaggi esterni La semplicit di funzionamento sopra descritta unita alla robustezza al ridotto numero di componenti utilizzati all ampio campo di pressioni e velocit di esercizio ai ridotti problemi di cavitazione alle vaste gamme di portata esistenti ed infine ai bassi costi di produzione ne fanno una delle macchine pi utilizzate nel settore dell oleodinamica Rispetto alle pompe pistoni sono per caratterizzate da una minore pressione massima di funzionamento dell ordine di 250 300 bar rispetto agli oltre 350 bar delle pompe a stantuffi che in alcune realizzazioni particolari possono raggiungere i 700 bar Questa differenza dovuta principalmente alle portate di fuga tra gli ambienti di alta e bassa pressione che sono pi elevate percentualmente in una pompa ad ingranaggi rispetto ad una pompa a pistoni e che penalizzano notevolmente il rendimento volumetrico Queste portate possono ritenersi in prima approssimazione indipendenti dal regime di rotazione della pompa mentre possono considerarsi crescenti linearmente con il Ap mandata aspirazione Si pu facilmente comprendere come ad elevata pressione le portate di fuga divengano ingenti penalizzando in maniera preponderante il rendimento volumetrico e rendendo la macchina non utilizzabile Tutto ci condiziona il rendimento globale della macchina che risulta in condizioni normali dell ordine dell 85 90 ris
4. 100 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE ASP MAN S ESS6ENLEHEER288 Figura 7 12 Mappa di intensit della pompa PL20 alla pressione di 180 bar per la banda di 1 3 di ottava dei 630 Hz Osservando le mappe non si pu fare altro che confermare quanto gi ricavato dall analisi dell emissione delle varie facce Avendo utilizzato la stessa scala di colore per tutte le mappe possibile confrontare tra loro le mappe e notare lo stesso andamento qualitativo dell emissione al variare della pressione di esercizio Poich la differenza di emissione si fa sempre pi marcata alle alte pressioni si pu notare che la zona di aspirazione sempre interessata da intensit pi alte 101 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE 7 2 Pompa WSP 20 7 2 1 Livelli complessivi di potenza sonora Per ogni pressione di esercizio si sono ricavati i livelli complessivi di potenza sonora sia in lineare che con pesatura A WSP20 1480 rpm 2 20 100 bar 180 bar Lw 71 9 71 8 72 6 68 8 69 1 70 4 Pressioni bar Figura7 13 Valori complessivi di potenza sonora in dB e in dBA Innanzitutto si osserva che la potenza sonora rimane pressoch costante al variare della pressione di esercizio Per il momento altre considerazioni non si possono fare se non analizzando i vari spettri di
5. a Figura 5 1 Superfici di misura La forma a parallelepipedo la pi semplice da realizzare ed quella che rende pi veloci e semplici anche le misure Le potenze sonore parziali possono essere rilevate su ogni lato e quindi sommate La superficie emisferica quella che richiede il minor numero di punti di misura ma pi complicata da realizzare attorno alla sorgente Per ultima la superficie conforme permette di effettuare le misure in un campo vicino e ci consente di migliorare il rapporto segnale rumore Inoltre possibile localizzare meglio le diverse sorgenti di rumore dell oggetto in esame 5 3 La misura dell intensit Il metodo della misura intensimetrica della potenza sonora richiede esecuzione di N misure di intensit sonora lungo una generica superficie che contenga il corpo oggetto dello studio al fine di ottenere un campionamento della potenza sonora emessa dal corpo MISURE DI POTENZA SONORA Il metodo della misura intensimetrica presenta alcuni vantaggi che lo contraddistinguono dagli altri metodi gt La misura immune dai rumori di fondo che provengono da oggetti esterni a quello in esame purch tali rumori siano stazionari cio costanti nel tempo gt Consente di mappare la potenza acustica prodotta dalla sorgente consentendo di individuare con maggiore precisione la vera sorgente di rumore Come gi si sa l intensit sonora in un punto data dal pro
6. sen ot 3 1 dove x t la grandezza oscillante che caratterizza il fenomeno A il valore massimo della grandezza caratteristica la pulsazione la fase dell oscillazione x t Figura 3 1 Andamento sinusoidale della funzione x t Uno dei parametri pi importanti che caratterizzano lo studio dei fenomeni sonori la frequenza f cio il numero di oscillazioni effettuate in un secondo Si ricorda che la pulsazione la frequenza e il periodo sono legati tra loro dalle relazioni o 27f 3 2 1 T f 3 3 L orecchio umano in grado di percepire solo una ristretta gamma di frequenze comprese nell intervallo 20Hz lt f lt 20KHz segnali aventi frequenze minori o maggiori vengono chiamati rispettivamente infrasuoni e ultrasuoni Finora abbiamo considerato il suono come una funzione sinusoidale caratterizzato da una sola frequenza in acustica tale suono viene detto tono puro Un tono puro viene percepito dall orecchio umano come un fischio pi o 0 CONCETTI INTRODUTTIVI ACUSTICA meno acuto in funzione della frequenza Suoni ad una sola frequenza costituiscono comunque un idealizzazione difficile da ritrovare nella pratica x T 1 f Figura 3 2 Onda sinusoidale Mantenendo sempre ipotesi di periodicit del suono ma abbandonando quella di tono puro si pu pensare che sia costituito da un numero di componenti in frequenza in rapporto ben definito tra
7. Con questa tecnica anche possibile valutare la bont delle protezioni acustiche comparando le varie misure eseguite con e senza tali protezioni Per eseguire previsioni ad esempio della distribuzione del rumore in un ambiente invece necessario utilizzare appositi programmi detti appunto di previsione acustica L esecuzione e l interpretazione della mappatura sonora non possono ovviamente prescindere dalla conoscenza dell acustica e dello specifico fenomeno in esame ma da quanto illustrato possibile concludere che la tecnica della mappatura se utilizzata in modo corretto pu essere considerata un valido aiuto alla comprensione dell aspetto acustico di una macchina o di un impianto essa quindi si pone come un utile strumento a disposizione del progettista che quotidianamente si deve confrontare con problemi di riduzione del rumore 76 MISURE DI POTENZA SONORA Osservazione valori di intensit sonora risultanti da tutte le mappe ottenute in questo modo non devono in alcun modo essere rappresentativi della macchina analizzata tali valori infatti sono validi solo per la superficie di misura considerata e sono ovviamente dipendenti dalla distanza di questa dalla macchina in esame DEFINIZIONE METODOLOGIE DI MISURA Capitolo 6 DEFINIZIONE METODOLOGIE DI MISURA 6 1 Camera semi anecoica Tutte le pompe ad ingranaggi sottoposte a caratterizzazione acustica sono state provate nella camer
8. Studio teorico e sperimentale sulla riduzione del rumorosit di pompe e motori oloedinamici a ingranaggi esterni Volume 1 Pressure ripple e flow ripple 2006 Relazione tecnica Universit degli studi di Parma Bonanno A G L Zarotti Studio teorico e sperimentale sulla riduzione del rumorosit di pompe e motori oloedinamici a ingranaggi esterni Volume Il Airborne Noise amp Structureborne Noise 2006 Relazione tecnica CNR Ferrara Pietropaolo G Applicazione di Metodologie di Analisi in Frequenza dei Dati ad un Sistema di Acquisizione e Controllo per Banchi Prova Oleodinamici 2004 Tesi di Laurea Universit degli Studi di Parma Jacobsen F De Bree H E A Comparison of p p and p u sound intensity measurement systems 2004 11 International congress of Sound and Vibration De Bree H E Elwenspoek M Sound intensity probes based on microflown technology 2004 MESA Research Institute University of Twente Rasmussen G Intensity measurements The analysis technique of the nineties 1988 Bruel amp Kjaer 135 12 13 14 15 16 17 Rasmussen Measuring intensity 1988 Bruel amp Kjaer Manuale utente B amp K2144 Bruel amp Kjaer Sito internet Bruel amp Kjaer UNI EN ISO 9614 1 1997 UNI EN ISO 3744 1997 UNI EN ISO 11023 1997 136 RINGRAZIAMENTI Giunto in fondo ai miei studi mi sento in dovere di fare alcuni ringrazia
9. ambiente di prova la camera anecoica descritta nel paragrafo 5 1 In tale ambiente la sorgente montata su una superficie assorbente ed posta ad una altezza di circa 1 20 m a livello del pavimento sono presenti i collettori di aspirazione e mandata MANIFOLD e possono essere rappresentati da un parallelepipedo 0 5x0 5x0 6 m La camera ben isolata acusticamente dall ambiente esterno in questo modo si pu soddisfare al requisito che prevede di avere un livello del rumore di fondo che differisca di pi di 10 dB a sorgente disattivata rispetto a quando la sorgente in funzione La strumentazione usata per le prove acustiche rappresentata da un analizzatore bicanale della Bruel amp Kjaer e da una sonda intensimetrica a due microfoni che verranno descritti nei seguenti paragrafi Per l analisi dei dati si usato un normale PC portatile che permetta di usare un foglio di calcolo Per quanto riguarda il funzionamento della pompa si utilizzato il banco della ditta Bimal che correda la camera Alcune foto della configurazione sperimentale sono mostrate in figura Figura 6 3 Configurazione sperimentale del sistema analizzato 81 DEFINIZIONE METODOLOGIE DI MISURA Per la caratterizzazione di tutte le pompe si scelta la procedura descritta nella normativa di riferimento ISO 9614 1 basata sul campionamento dell intensit per punti Si adottato un sistema di posizionamento della sonda classico
10. 96 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE pi interessante osservare la differenza tra zona di aspirazione e zona di mandata si ha una maggiore emissione da parte della zona di aspirazione che supera il livello di potenza per la faccia di mandata di circa 5 dB su tutte le pressioni di esercizio Si pu riportare infine il livello di emissione per la faccia frontale che comunque non si presta a particolari considerazioni PL20 1480 rpm Lato Frontale 80 0 75 0 o 5 70 0 65 0 60 0 20 bar 100 bar 180 bar Lato Frontale 66 1 70 3 74 6 Pressione bar Figura 7 6 Livelli complessivi della faccia frontale per la pompa PL20 Un ultima osservazione riguarda l andamento del livello complessivo su tutte le facce al variare della pressione di esercizio che si dimostra in linea con il livello di potenza complessivo intera superficie di misura e quindi per l intera pompa 7 1 4 Mappe di intensit Le mappe sono riferite al parallelepipedo immaginario che racchiude la pompa rappresentato dalla griglia piccola utilizzata per la misura della potenza sonora Analizzando gli spettri della pompa PL20 alle varie pressioni di funzionamento si notano tre picchi significativi alle frequenze caratteristiche della pompa 315 Hz frequenza fondamentale di ingranamento 630 Hz frequenza di pompaggio oltre alle successive armoniche multiple di queste due frequenze A
11. La norma ISO 9614 prescrive un metodo per la misurazione della componente dell intensit sonora normale ad una superficie di misurazione scelta in modo da racchiudere la sorgente di rumore di cui si deve determinare il livello di potenza 70 MISURE DI POTENZA SONORA sonora Basandosi sui valori misurati viene calcolato il livello di potenza sonora per bande di ottava e di terzo di ottava o il valore ponderato per un numero limitato di bande Il metodo pu essere applicato a qualunque sorgente per cui si possa definire una superficie di misurazione fisicamente stabile e su cui il rumore generato dalla sorgente sia stabile nel tempo Le misure possono essere effettuate in qualsiasi ambiente di prova purch esso non presenti variazioni temporali tali da ridurre l accuratezza della misurazione dell intensit 5 5 Applicazioni della tecnica intensimetrica Tutti i progetti volti alla riduzione della rumorosit di sorgenti complesse richiedono innanzitutto l identificazione delle principali sorgenti di emissione e la definizione del peso di ciascuna di esse sull emissione globale La misura dell intensit sonora offre diversi vantaggi rispetto alle tecniche tradizionali e permette di individuare e classificare la sorgente del rumore Una struttura complicata pu emettere rumore da alcuni dei suoi componenti ed assorbirne da altri Per valutare l efficacia dei metodi di riduzione dei rumori dobbiamo conoscere la qu
12. filtri vengono anche detti filtri anti aliasing poich effetto del sottocampionamento del segnale di creare un ribaltamento delle frequenze al di sopra della frequenza di Nyquist nella parte bassa dello spettro 4 1 2 Dalla trasformata di Fourier alla trasformata discreta di Fourier Le risorse dei mezzi di calcolo sono limitate e pertanto analisi dei segnali campionati deve essere relativa ad un numero finito di elementi della serie temporale La trasformata di Fourier non pu quindi essere calcolata numericamente da a ma deve essere ridotta ad un intervallo finito e adattata alle serie temporali Si definisce la trasformata discreta di Fourier o mediante la relazione 47 MISURE DI PRESSIONE SONORA lai X k Oe Si 47 n l dove N rappresenta il numero complessivo degli elementi della serie temporale o campioni k indice della trasformata discreta n l indice della serie temporale In pratica uso della DFT significa trasformare un segmento di segnale di durata Nt ottenendo uno spettro discretizzato in 2 componenti complesse alla frequenza di f N hertz Se il segnale da analizzare un transitorio ed completamente contenuto nella finestra di analisi l effetto della DFT nullo se invece il segnale continuo esso viene troncato agli estremi della finestra di campionamento di durata Nt il che equivale a rendere il segnale periodico di periodo Nts Per ridurre gli effetti d
13. frequenze elevate Una volta archiviati gli spettri relativi alla matrice di rilievi considerata un programma di interpolazione consente successivamente di rappresentare in modo grafico la distribuzione acustica nelle diverse superfici di misura importante ricordare che il software di interpolazione non in grado di prevedere il reale livello tra delle posizioni intermedie tra due punti di misurazione esso infatti si limita ad una mera interpolazione dei valori rilevati quindi necessario che la maglia della matrice sia come precedentemente detto opportunamente dimensionata Il potere risolutivo della mappa legato a diversi parametri tra cui oltre ovviamente alla dimensione della maglia anche la distanza del piano di misura dalla sorgente di rumore In figura 5 8 sono mostrate alcune possibili rappresentazioni offerte dal software di interpolazione utilizzato relative alo stesso fenomeno acustico 15 MISURE DI POTENZA SONORA siti 1 DARA RA Figura 5 8 Rappresentazione delle mappe di intensit sonora ottenute per mezzo del programma Surfer Golden Software Un ulteriore passo avanti nella rappresentazione dei risultati pu essere eseguito eseguendo una sovrapposizione della mappa isolivelli o sfumata alla fotografia dell oggetto in prova Dall immagine possibile individuare a prima vista le zone caratterizzate da una emissione sonora pi alta delle altre
14. r minuto rpm si ha che la frequenza con cui i volumi di fluido vengono inviati alla mandata pari a 24 POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI n Z Jonai 60 2 6 Quindi da un analisi del segnale di pressione ci si aspetta che la componente principale sia appunto quella con frequenza finand Nel funzionamento della pompa intervengono per altri fenomeni che contribuiscono sia all incremento dell intensit dell oscillazione principale sia alla nascita di oscillazioni a frequenze pi elevate Innanzitutto gli scarichi anti rumore dei rasamenti hanno si un effetto benefico sull ampiezza dei picchi di pressione alla mandata ma introducono un oscillazione aggiuntiva nel andamento della pressione causandone un intensificazione picchi di pressione generati dal fluido sono fonte di rumore indipendentemente dalle pressioni operanti nel circuito si tratta di una rumorosit intrinseca al funzionamento della pompa stessa L interazione poi delle oscillazioni di pressione con il circuito oleodinamico anch essa fonte di rumore ad esempio ogni volta che un onda di pressione incontra un brusco restringimento di sezione che pu essere causato dalla presenza di una valvola limitatrice genera un urto e quindi rumore Infine non sono da trascurare gli effetti meccanici che le pulsazioni di pressione generano sul circuito gli elementi del circuito vengono sottoposti a sollecitazioni meccaniche di fatica che potrebbero
15. u ne 5 13 Il gradiente di pressione un funzione continua vale a dire senza creste di livelli massimi o minimi Essendo i due microfoni ravvicinati possibile ottenere un approssimazione lineare del gradiente di pressione prendendo la differenza di pressione tra i due microfoni e dividendola per la distanza tra gli stessi Lo si pu paragonare al tentativo di tracciare la tangente di un cerchio disegnando un linea retta passante per due punti della circonferenza Nella pratica viene quindi calcolata la differenza di pressione nella posizione corrispondente al centro acustico della sonda con la seguente differenza finita _ p4 5 14 dove sono i valori di pressione sonora nelle due posizioni microfoniche e Ar la distanza di separazione tra i due microfoni 2 pp PANAT Figura 5 2 Approssimazione per differenza finita Tale approssimazione valida per solo nel caso in cui la lunghezza onda della informazione sonora incidente sia molto maggiore della distanza tra i due microfoni in caso contrario l errore commesso non pi trascurabile errore delle differenze finite ci ne consegue che necessario utilizzare intensimetri differenti in funzione della banda sonora che si intende analizzare in particolare la distanza tra i microfoni dovr essere tanto minore quanto maggiore 68 MISURE DI POTENZA SONORA la frequenza e quindi
16. all aumentare della frequenza In pratica sono le fondamentali a frequenza pi bassa ad avere maggiore intensit 20 POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI 2 4 2 Altre sorgenti di Air borne Noise Tutti i fluidi che scorrono all interno di un condotto possono essere fonte di rumorosit provocata da turbolenze shock o pulsazioni La turbolenza un meccanismo di generazione del rumore che pu avere forme differenti La turbolenza pu creare un tono puro nel flusso all interno di un condotto Particolare attenzione deve essere riposta nell analisi delle strozzature o comunque di zone in cui il fluido costretto a passare attraverso un brusco restringimento della sezione In questo caso si ottiene una rumorosit caratterizzata da un ampia banda mentre l intensit del rumore prodotto dalla turbolenza dipende dalla velocit del flusso dalla sua viscosit e dalla geometria della strozzatura In questi casi la riduzione dell air borne noise si ottiene mediante un accurata analisi fluidodinamica dei componenti oleodinamici al fine di abbassare quanto pi possibile la velocit del fluido nelle in prossimit di sezioni critiche La normativa ISO TR 11688 propone alcune linee guida nella progettazione di componenti oleodinamici per evitare l insorgenza delle turbolenze Ridurre la pressione di lavoro Ridurre i salti di pressione Minimizzare la velocit del fluido Ottimizzare i flussi al fine di minimizzare le
17. aumentare della pressione di esercizio Confronto Spettri 20bar 1480rpm MPL20 MWSP20 75 0 70 0 65 0 60 0 55 0 50 0 45 0 40 0 Lw dB 200 315 500 0 250 2000 3150 5000 8000 Frequenze Hz Figura 7 27 Confronto tra gli spettri di potenza delle due pompe alla pressione di 20 bar 110 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE Confronto Spettri 100bar 1480rpm MPL20 MWSP20 75 0 70 0 65 0 60 0 55 0 50 0 45 0 40 0 Lw dB Q LO Q Q Q Q Q LO Q LO Q Q N LO N g Q Q N LO Frequenze Hz Figura 7 28 Confronto tra gli spettri di potenza delle due pompe alla pressione di 100 bar Confronto Spettri 180bar 1480rpm MPL20 MWSP20 75 0 70 0 65 0 60 0 55 0 50 0 45 0 40 0 Lw dB Q LO Q Q ye Q Q LO N LO N Frequenze Hz 3150 5000 Figura 7 29 Confronto tra gli spettri di potenza delle due pompe alla pressione di 180 bar Dall analisi degli spettri comunque non si notano delle grandi differenze a parte l ormai ovvia differenza tra i vari valori dei livelli nelle singole bande che ovviamente sono pi alti nella PL20 che nella WSP20 AI aumentare della pressione di esercizio si pu osservare una certa diminuzione della componente i corrispondenza della banda dei 630 Hz nello spettro della pompa WHISPER rispetto alla st
18. e di quella sonora Sostituendo si ricava dr bat Po pu pu 3 10 dove u la velocit della particella nella direzione Se si calcola il valor medio della valutato in un tempo di integrazione opportuno si ottiene che 0 se e solo se u oscilla intorno 0 vincolo che in acustica quasi sempre rispettato Il valore medio dell intensit acustica nella direzione 7 vale quindi i PU 3 11 In termini vettoriali si pu invece scrivere 3 12 CONCETTI INTRODUTTIVI ACUSTICA Im 4 Figura 3 6 Rappresentazione della pressione e della velocit come vettori rotanti nel piano immaginario Se p t e u t sono grandezze variabili con funzione sinusoidale le potremmo considerare come vettori rotanti alla frequenza del suono In questo caso si potr parlare di un intensit attiva istantanea definita come il prodotto della pressione acustica per la componente della velocit nella direzione della pressione stessa ua e di una intensit reattiva istantanea definita come il prodotto della pressione acustica per la componente della velocit u nella direzione perpendicolare alla pressione Nella figura si vede immediatamente che se mediamo la potenza reattiva su un periodo opportuno il suo valor medio nullo Ci significa che misurando intensit acustica con un intensimetro otterremmo solo la potenza attiva Figura 3 7
19. ogni faccia della griglia di misurazione grande utilizzata per le misure intensimetriche Tali posizioni soddisfano appieno le specifiche richieste dalla norma e sono punti in cui si conosce gi il livello di pressione medio 126 CORRELAZIONE TRA POTENZA SONORA E PRESSIONE SONORA ASPIRAZIONE Figura 9 1 Posizioni microfoniche per il calcolo della potenza sonora secondo UNI EN ISO 3744 9 2 Calcolo pressione sonora secondo UNI EN ISO 11203 AI fine di poter ricavare un metodo di stima della potenza sonora partendo da una singola misura di pressione in una determinata posizione rispetto alla sorgente La norma UNI EN ISO 11203 si riferisce alla determinazione del livello di potenza sonora al posto di lavoro sulla base del livello di potenza sonora Questo significa che possibile percorrere anche il percorso inverso rispetto a quello fatto con la norma UNI EN ISO 3744 quindi possibile risalire alla pressione sonora che si dovrebbe misurare se non si sentisse l influenza dell ambiente e delle altre sorgenti di rumore La norma prevede un metodo di calcolo generale che fornisce il livello di pressione sonora L come L L 9 4 In queste formula la grandezza Q pu essere determinata sperimentalmente o calcolata sulla base del tipo di superficie di misurazione all interno della quale si trova la macchina sottoposta a prova 127 CORR
20. per cui ci che si ha disposizione una serie di campioni successivi distanziati 1 7 secondi ed acquisiti per un certo intervallo di tempo 7 Il numero di campioni totale sar N T At 46 MISURE DI PRESSIONE SONORA Il campionamento del segnale consiste nel trasformare il segnale nel tempo x t in una serie temporale x cio in una sequenza di numeri legati al valore istantaneo del segnale in istanti determinati equispaziati nel tempo In pratica il segnale da campionare viene moltiplicato per una funzione di campionamento che vale 1 per tutti gli istanti n multipli di un periodo di campionamento e vale 0 in tutti gli altri istanti Il reciproco la frequenza di campionamento 1 ts Esistono dei vincoli che legano le caratteristiche spettrali del segnale alla frequenza di campionamento Il teorema di Shannon stabilisce che la frequenza di campionamento deve essere almeno il doppio della massima frequenza per cui esiste energia nello spettro del segnale Il segnale cio non deve contenere energia al di sopra di 2 che viene indicata con il termine di frequenza di Nyquist Quando il teorema di Shannon non viene rispettato si potrebbe avere il cosiddetto fenomeno del sottocampionamento del segnale Negli analizzatori di spettro di tipo commerciale questo fenomeno evitato ponendo all ingresso dell analizzatore un filtro passa basso che elimina l energia al di sopra della frequenza di Nyquist
21. potenza sonora emessa delle varie parti Una delle caratteristiche principali della tecnica intensimetrica quella di poter definire una superficie di misurazione che contenga solamente le singole parti da analizzare e valutare il loro singolo contributo sull emissione sonora totale Tutte le componenti di rumore provenienti dai componenti non considerati si possono considerare come rumore di fondo Inoltre la potenza sonora totale pu essere ricavata semplicemente sommando le potenze sonore parziali di tutte le componenti emettenti rumore Nel nostro caso si deciso per di intraprendere la strada inversa si misurato il livello di potenza sonora emesso da tutto il sistema e quello emesso dalla singola pompa e per differenza di livelli di potenza si potuto stabilire il contributo della struttura Nella pratica per ll esecuzione delle misure sono state realizzate due griglie di misurazione racchiudenti due volumi diversi di misura una comprende tutto il sistema di raccorderia e di tubazioni l altra comprende solo il volume occupato dalla pompa in modo da considerare come rumore di fondo tutto il resto Tutte le prove sono state eseguite a velocit di rotazione fissa 1480 giri min L emissione acustica per entrambi i modelli PL20 e WSP20 stata caratterizzata per diverse pressioni di lavoro 20 100 e 180 bar 113 POTENZA SONORA EMESSA DAL SISTEMA E INDIVIDUAZIONE DELLE SORGENTI Per ogni modello di pompa
22. pressione di esercizio ecc Grazie alla presenza di trasduttori di pressione e temperatura lungo tutto il circuito possibile monitorare tute le variabili in gioco durante l intero periodo di misura di ciascuna pompa al fine di garantire la ripetibilit delle condizioni sperimentali durante le caratterizzazioni eseguite su diversi esemplari 6 2 Configurazione sperimentale Per le misurazioni eseguite vengono fornite le informazioni sulla configurazione sperimentale in particolare verranno descritti la sorgente sottoposta a prova ambiente di prova la strumentazione e il procedimento di misurazione che verranno analizzati nei prossimi paragrafi 6 3 e 6 4 La sorgente sottoposta a prova costituita dalla pompa e dal sistema di raccordi e tubazioni che la collegano al banco La singola pompa ha dimensioni molto piccole rispetto all intero sistema ma il suo effetto comunque ben distinguibile nell intero sistema sottoposto a misurazione Durante le prove la pompa stata messa in rotazione a velocit costante 1480 rpm quindi il rumore emesso dalla sorgente di natura ciclica e pu 80 DEFINIZIONE METODOLOGIE DI MISURA quindi essere considerato stazionario secondo quanto stabilito dalla norma ISO 9614 secondo quanto stabilito dalla norma un segnale ciclico pu essere considerato stazionario se il periodo di misurazione si estende su almeno 10 cicli il che nel nostro caso e sicuramente verificato L
23. 630 Hz bkrS55ERLIHEBRL2L23839 3 bkES55ERLIEBRLQ238358933 108 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE ASP MAN Figura 7 25 Mappa di intensit della pompa PL20 alla pressione di 180 bar per la banda di 1 3 di ottava dei 630 Hz Anche in questo caso si possono riscontrare le principali caratteristiche di emissione della pompa Non si ha un apprezzabile aumento di rumorosit all aumentare della pressione di esercizio e si nota la differenza di emissione tra zone di mandata e zona di aspirazione 109 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE 7 3 Confronto tra le pompe Dopo aver analizzato a fondo i due tipi di pompe possibile confrontare tra loro i risultati giungere ad alcune interessanti conclusioni Confronto Livelli di Potenza Sonora 85 0 T 80 0 B 2 750 70 0 20 bar 100 bar 180 bar Pompa PL20 73 1 76 5 80 0 WSP20 71 9 71 8 72 6 Pressione bar Figura 7 26 Confronto tra i livelli di potenza sonora per pompe PL e pompe WSP Si gi potuto osservare che la pompa standard PL20 aumenta il livello di potenza emessa ala variare della pressione di esercizio mentre per la pompa WSP20 si pu considerare costante Come poi poteva essere prevedibile la pompa PL20 caratterizzata da un livello complessivo di potenza sonora maggiore della pompa WSP20 e questa differenza aumenta all
24. Figura 8 3 Spettri di potenza sonora emessa dalla pompa e dall intero sistema alla pressione di esercizio di 20 bar 116 POTENZA SONORA EMESSA DAL SISTEMA E INDIVIDUAZIONE DELLE SORGENTI Livello complessivo di potenza sonora Complessivo PL20 100 bar Pompa PL20 100 bar dB Livello di potenza sonora 5000 6300 8000 Frequenza Hz Figura 8 4 Spettri di potenza sonora emessa dalla pompa e dall intero sistema alla pressione di esercizio di 100 bar Livello complessivo di potenza sonora E Complessivo PL20 180 bar Pompa PL20 180 bar Livello di potenza sonora dB o o 10 o o o o o o So o co o o so o o oO O Mo oo po o co co o N LU 0 O OS Tx ko no N N Frequenza Hz Figura 8 5 Spettri di potenza sonora emessa dalla pompa e dall intero sistema alla pressione di esercizio di 180 bar Dall analisi degli spettri di potenza si notano ancora i picchi maggiori in corrispondenza delle frequenze fondamentali della pompa 315Hz e 630 Hz Si tracciano quindi le mappe in corrispondenza di tali bande per cercare una conferma di quanto affermato finora 117 POTENZA SONORA EMESSA DAL SISTEMA E INDIVIDUAZIONE DELLE SORGENTI ASP MAN 78 76 74 72 70 66 64 62 52 50 48 46 44 42 40 32 30 Figura 8 6 Mappa dell intensit in corrispondenz
25. Intensit emessa da una sorgente puntiforme omnidirezionale 38 CONCETTI INTRODUTTIVI ACUSTICA DENSITA DI ENERGIA ACUSTICA In alcuni casi in particolare per lo studio del campo acustico in spazi chiusi la grandezza di maggior interesse non intensit ma la densit di energia acustica che rappresenta la quantit di energia contenuta in una unit di volume del mezzo L unit di misura nel sistema internazionale quindi il W s mf POTENZA ACUSTICA Si definisce potenza acustica l energia emessa da una sorgente sonora nell unit di tempo Sara quindi data dal rapporto tra energia infintesima emessa dalla sorgente sonora dE e tempo infinitesimo dt dE 3 13 La potenza acustica una grandezza scalare e nel sistema internazionale viene espressa in W Si pu osservare che si pu sfruttare la definizione dell intensit acustica per risalire alla potenza infatti si pu riscrivere l intensit nel seguente modo W da cui si ricava la potenza W I dA 345 Intensit dW 4A Potenza W x Superficie sferica Figura 3 8 Intensit e potenza acustica per una sorgente puntiforme e una superficie di contenimento sferica Se si ipotizza che la sorgente irradi la stessa energia uniformemente in tutte le direzioni e se la superficie che circoscrive la sorgente una sfera di raggio r la relazione precedente diventa 4271 39 CONCETTI INTRODUTTIVI A
26. acustico al netto di eventuali assorbimenti da parte della superfici di confine In pi si deve essere in grado di stabilire come e quanta energia fluisce nel tempo da una parte all altra dello stesso sistema In questo paragrafo ci si occupa quindi delle grandezze fisiche che permettono di descrivere questa propagazione di energia In particolare si analizzeranno intensit e la densit di energia che permettono di descrivere il flusso di energia e la potenza che caratterizza intrinsecamente la sorgente del suono INTENSITA ACUSTICA L intensit acustica 7 o flusso di potenza definita come la quantit di energia che fluisce nell unit di tempo attraverso una superficie di area unitaria perpendicolare alla direzione di propagazione dell onda L unit di misura nel sistema internazionale sar quindi W m Pu essere pertanto definita l intensit acustica istantanea come la potenza fluita attraverso l area infinitesima dA dE r r is dt dA 3 8 36 CONCETTI INTRODUTTIVI ACUSTICA dove dE l energia che attraversa l area infinitesima dA perpendicolare alla direzione di propagazione in un intervallo di tempo dt dA Figura 3 5 Energia incidente sull area infinitesima dA nella direzione r Sappiamo per che dE dF dr dA dr 39 dove la pressione totale agente sull area infinitesima 4 uguale alla somma della pressione statica p
27. approfondita di questi problemi 74 MISURE DI POTENZA SONORA Grazie alle misure di intensit sonora possibile ottenere una mappatura acustica di ogni superficie di interesse attorno alla macchina presa in esame Grazie alle mappe ottenute di agevole interpretazione quindi possibile comprendere per ogni banda di frequenza il modo in cui si distribuisce il rumore sulle diverse superfici considerate e quindi associare ad ogni mappa le diverse sorgenti presenti nella macchina studiata La tecnica adottata si basa su rilievi di rumore effettuati su ogni superficie presa in considerazione in una serie di punti opportunamente posizionati Pi precisamente per ogni superficie necessario rilevare una matrice di punti opportunamente distanziati tra loro e giacenti su un piano anch esso posto ad un opportuna distanza dalla macchina Il dimensionamento della maglia di misura e della distanza di quest ultima oggetto della misura deve essere operato tenendo conto di una serie di parametri legati alla specifica situazione considerata La misura viene eseguita acquisendo per ogni punto a seconda della risoluzione desiderata lo spettro in frequenza in banda ottava o 1 3 ottava particolari applicazioni per esempio dove si rendesse necessario discriminare frequenze molto vicine tra loro possibile impiegare anche l analisi FFT capace quindi di ottenere risoluzioni dell ordine di qualche Hertz anche
28. ci non toglie che una misura dello stesso sia un utile indicatore della qualit con cui stata studiata e migliorata la pompa dal punto di vista dell emissione sonora Molti produttori a tal fine forniscono per i loro prodotti dei dati standardizzati che consentono di comparare i livelli di rumorosit di molte pompe in commercio La riduzione del airborne noise una attivit abbastanza difficoltosa e costosa soprattutto perch a causa delle modifiche apportate in genere necessario rivedere l intero componente dal punto di vista strutturale Ad esempio in genere le modifiche atte alla riduzione delle emissioni sonore hanno effetti dannosi sulla durata del componente di conseguenza necessario operare dei test di durata ogni volta che si suppone vengano alterate le specifiche minime di durata del componente Tutto ci comporta un aumento dei costi di produzione Nella figura 2 9 viene mostrato uno spettro di airborne noise con i tipici picchi alla frequenza di rotazione della pompa ed alle sue armoniche L intervallo di maggior interesse per quel che riguarda l emissione sonora delle pompe oleodinamiche si estende dai 200 Hz fino a circa i 2000 Hz poich in questo intervallo che in genere si individuano le armoniche di ampiezza maggiore 19 POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI Livello di potenza dB Frequenza Hz Figura 2 9 Spettro di potenza di una pompa a ingranaggi a 12 denti 1480 r
29. della faccia frontale per la pompa PL20 L analisi della potenza emessa dalla faccia frontale come nel caso della PL non consente di confrontare i risultati con altre superfici ma comunque presenta un andamento in funzione della pressione di esercizio simile a quello dell intera pompa 105 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE 7 2 4 Mappe di intensit Anche nel caso della pompa WHISPERTM si possono analizzare le mappe in corrispondenza delle bande di frequenza dei 315 Hz e dei 630 Hz poich sono le due bande maggiormente responsabili dell emissione sonora ASP MAN Figura 7 20 Mappa di intensit della pompa PL20 alla pressione di 20 bar per la banda di 1 3 di ottava dei 315 Hz nad b S55509285839288 106 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE ASP MAN Figura 7 21 Mappa di intensit della pompa PL20 alla pressione di 100 bar per la banda di 1 3 di ottava dei 315 Hz ASP MAN Figura 7 22 Mappa di intensit della pompa PL20 alla pressione di 180 bar per la banda di 1 3 di ottava dei 315 Hz S SS5ERLIEIRLEZININSA S SSERLIEIRLE2IINSA 107 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE ASP MAN Figura 7 23 Mappa di intensit della pompa PL20 alla pressione di 20 bar per la banda di 1 3 di ottava dei 630 Hz ASP MAN Figura 7 24 Mappa di intensit della pompa PL20 alla pressione di 100 bar per la banda di 1 3 di ottava dei
30. di pressione e di potenza 6 6 Elaborazione e analisi dei dati Per l elaborazione analisi dei dati stato sviluppato un foglio di calcolo Excel che permette l elaborazione dei dati forniti dall analizzatore in formato file di testo txt Le funzioni principali di tale foglio di calcolo sono 1 importare i dati sottoforma di matrice che fornisce analizzatore trasformarli in una tabella facilmente utilizzabile nei successivi calcoli 2 preparare la griglia da importare nel software di elaborazione delle mappe di colore Surfer 3 Calcolare la potenza e la pressione sonore emesse dalla sorgente Per analizzare i principi di calcolo su cui basato il foglio di calcolo conviene schematizzare la descrizione secondo i vario compiti a cui assolve 88 DEFINIZIONE METODOLOGIE DI MISURA Andando in ordine cronologico secondo cui vengono analizzati i dati la prima operazione da eseguire quella di importare i dati dall analizzatore Purtroppo essendo una macchina ormai obsoleta ma ancora in perfette condizioni non si pu fare altro che salvare i file acquisiti con le misurazioni su un floppy da 3 5 Questi file in formato testo sono organizzati sempre nello stesso modo e possono essere suddivisi in due parti ben distinte tra loro e una prima parte in cui vengono riportate le informazioni sulle condizioni di misura e di set up dell analizzatore tipo di sonda collegata numero di spettri contenuti ne
31. e per ogni pressione di lavoro riportata la tabella che indica i livelli della potenza sonora sia in lineare dB che con pesatura A dB A 8 1 Pompa PL20 Vengono riportati in una tabella i livelli complessivi di potenza sonora per la pompa PL20 alle tre pressioni di lavoro Livelli complessivi di potenza N 90 0 28 2 M 80 0 70 0 gt 600 20 bar 100 bar 180 bar sen Pompa PL20 73 1 76 5 80 0 sii Complessivo 70 0 80 1 83 8 PL20 Pressione bar Figura 8 1 Livelli complessivi di potenza sonora per la sola pompa e per la struttura complessiva Da questi primi risultati possibile ricavare il contributo del banco al rumore complessivo emesso dalla struttura Conoscendo il livello di potenza emesso dalla pompa cio il livello complessivo di potenza sonora ricavato con la griglia piccola possibile ricavare per differenza tra livelli il livello di potenza emesso dal solo banco Quindi L WG L WP 10 108 1019 10 8 1 Come si pu notare alla pressione di esercizio di 20 bar sembra che la pompa emetta pi rumore del sistema che la comprende cio di tutto il complessivo costituito dalla pompa e dal sistema di collettori e tubazioni Questo sarebbe assurdo bisogna quindi giustificare questo comportamento 114 POTENZA SONORA EMESSA DAL SISTEMA E INDIVIDUAZIONE DELLE SORGENTI Innanzitutto si deve considerare un errore casuale
32. essere periodico ma sufficiente che sia integrabile in tale intervallo aumentare dell ampiezza dell intervallo di integrazione diminuisce la distanza tra le armoniche si ottiene cos una funzione continua complessa nella variabile reale frequenza f detta trasformata integrale di Fourier quindi se x t una funzione reale della variabile reale tempo 7 la sua trasformata di Fourier X vale xe dt 45 00 Il passaggio dalla funzione variabile tempo nella funzione variabile frequenza segna appunto il cambiamento del dominio della rappresentazione del segnale La funzione X f viene chiamata anche spettro del segnale La trasformazione pu avvenire anche nel senso opposto cio dal dominio della frequenza al dominio del tempo tramite operazione di antitrasformazione Xe 46 45 MISURE DI PRESSIONE SONORA A questo punto opportuno classificare i segnali in modo da poter definire le possibili tecniche di analisi in frequenza Innanzitutto si possono suddividere i segnali stazionari dai segnali non stazionari Un segnale stazionario un segnale per cui le medie valor medio energia ecc non dipendono dal tempo Sono inclusi in questa categoria i segnali deterministici cio quelli che possono essere espressi come funzione del tempo o come somma di componenti sinusoidali e i segnali casuali cio quelli definibili solo in termini di parametri stat
33. nota che le bande di terzo di ottava dei 200Hz e dei 250Hz subiscono il maggiore aumento in intensit si pu quindi pensare di indagare con una mappa di colore in corrispondenza di queste frequenze Ci si pone alla pressione di riferimento di 100 bar poich la pressione in cui si ha la maggiore differenza tra i livelli a queste frequenze ASP MAN 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 34 32 30 Figura 8 16 Mappa dell intensit in corrispondenza della banda di terzo di ottava dei 200 88 Hz della pompa WSP20 alla pressione di 100 bar 123 POTENZA SONORA EMESSA DAL SISTEMA E INDIVIDUAZIONE DELLE SORGENTI 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 Figura 8 17 Mappa dell intensit in corrispondenza della banda di terzo di ottava dei 250 Hz della pompa WSP20 alla pressione di 100 bar 8 3 Commenti Grazie alle mappe intensimetriche sia nel caso della pompa PL che nel caso della pompa WHISPER pur non apprezzando il contributo del sistema al rumore complessivo in modo analitico e non essendo riusciti a quantificare in modo preciso tale contributo si possono individuare comunque le zone di emissione sonora potendo quindi valutare qualitativamente il contributo di ogni zona In entrambi i casi si pu invidiare la principale sorgente di rumore nella zona occupata dalla pompa Si possono poi no
34. osservare che si comincia a sentire l effetto delle tubazioni 133 CONCLUSIONI Si osservato che alle basse pressioni sembra che la pompa emetta pi rumore di quanto emetta l intero sistema che la comprende Questo sarebbe assurdo ma si possono trovare alcuni validi motivi che giustificano questo fenomeno La misura effettuata sempre affetta da un errore casuale che la norma fissa a 1 50B se tali errori si vanno a sommare si potrebbe gi comprendere una differenza di livelli di un altra causa di errore dovuta alla presenza di fenomeni locali di ricircolo dell intensit sonora particolarmente sentiti nell intorno della sorgente pompa che possono contribuire ad aumentare la potenza emessa nel calcolo della potenza della sola pompa Si pu quindi concludere che a queste pressioni di esercizio il contributo del sistema di collettori e tubazioni non arrivi a contribuire significativamente al rumore complessivamente emesso dal sistema Ma che alle alte pressioni di esercizio tale contributo aumenti all aumentare della pressione di esercizio fino ad arrivare ad emettere dai 3 ai 4 dB in pi della sola pompa Dagli spettri di potenza si possono osservare i picchi in corrispondenza delle frequenze fondamentali delle pompe 315Hz 630Hz e degli alti valori in corrispondenza delle due bande a 200 e 250 Hz Andando ad indagare con le mappe intensimetriche proprio in corrispondenza d
35. per l intensit sonora In seguito possibile calcolare la potenza sonora W per l i esimo rettangolo W 1I S 6 5 Infine sommando per tutti i rettangoli della griglia si ottiene il valore della potenza sonora emessa sull intera faccia N N Wa 1 5 6 6 1 1 i l Per ricavare lo spettro di potenza sonora basta trasformare in dB i valori della potenza appena trovati W L 10 loo w 5 W 6 7 dove Wp il livello di riferimento per la potenza sonora Wx 1014W 91 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE Capitolo 7 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE Per la caratterizzazione delle pompe la tecnica intensimetrica pu essere usata sia per il calcolo della potenza sonora sia per una caratterizzazione pi precisa delle varie zone della pompa Grazie alle propriet dell intensit sonora che essendo una grandezza vettoriale permette di misurare solo le componenti dell emissione sonora che interessano In altre parole si pu sfruttare la griglia di misurazione piccola che racchiude un volume di misurazione che include solo la pompa e quindi misurare solamente il rumore emesso dalla sola pompa considerando il resto come rumore di fondo In seguito verranno riportati i risultati di misure eseguite su pompe PL20 e WSP20 a velocit di rotazione costante 1480rpm e a diverse pressioni di esercizio 20 100 180 bar Verranno presentati prima i livelli di potenza complessivi
36. potenza e analizzando emissione delle singole facce 7 2 2 Spettri di potenza Per ogni pressione di esercizio si riportano gli spettri di potenza in bande di terzi di ottava dalla banda dei 200 Hz fino a quella degli 8000 Hz WSP20 20bar 1480rpm Spettro non ponderato Spettro ponderato A o N 70 0 650 60 0 55 0 50 0 45 0 40 0 Li 0 o O O O N m N N LO Frequenza Hz Figura 7 14 Spettro di potenza a 20 bar 102 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE WSP20 100bar 1480rpm Spettro non ponderato Spettro ponderato A N 5 2 2 l LO Q w LO LO N 1O N yu N LO Frequenza Hz Figura 7 15 Spettro di potenza a 100 bar WSP20 180bar 1480rpm Spettro non ponderato Spettro ponderato A 700 650 60 0 5 55 0 o 50 0 45 0 40 0 5 LO to N Te N _ N m LO Frequenza Hz Figura 7 16 Spettro di potenza a 180 bar 7 2 3 Analisi delle singole facce Procedendo allo stesso modo visto per la PL anche per la pompa WHISPER si possono ottenere risultati analoghi a quelli ottenuti i
37. si ha una maggiore emissione nella zona occupata dal sistema di raccorderia e rubinetteria del banco mentre la zona occupata dalla pompa risulta avere una minore emissione sonora Quindi si pu concludere che alle pressioni di 100 e 180 bar si ha una maggiore emissione del banco rispetto alla pompa circostanza verificata anche dalle mappe intensimetriche La tecnica dell intensit diretta perch le misure possono essere eseguite sul posto Questo un notevole miglioramento rispetto alle tecniche classiche basate sulla misura della sola pressione sonora infatti le singole parti 119 POTENZA SONORA EMESSA DAL SISTEMA E INDIVIDUAZIONE DELLE SORGENTI componenti la struttura complessa dovrebbero essere state isolate in qualche modo e comunque la soluzione non sarebbe mai stata quella ottimale 8 2 Pompa WSP20 Anche per la pompa WISHPER possono essere eseguite le stesse prove giungendo a risultati simili livelli di potenza sonora complessivi ottenuti con griglia grande e con griglia piccola sono riportati in tabella Livelli complessivi di potenza N _ 800 2 m 92 700 29 o 600 9 gt 50 0 Li 1 2 3 Pompa WSP20 71 9 71 8 72 6 E Complessivo 65 2 70 6 76 5 WSP20 Pressione bar Figura 8 9 Livelli complessivi di potenza sonora per la sola pompa e per la struttura complessiva Il contributo del banco al livello di potenza complessiv
38. un ambiente a bassa pressione detto di aspirazione ad uno ad alta pressione detto mandata Un motore oleodinamico riceve in ingresso un fluido ad elevato contenuto energetico che giunge da un ambiente ad elevata pressione detto appunto di alimentazione Questo fluido pone in rotazione le due ruote e viene scaricato in un ambiente a bassa pressione detto di scarico la rotazione di una delle due ruote viene portata all esterno da un albero rotante che fornisce cos la coppia motrice all utilizzatore Le figure 2 2 e 2 3 che seguono schematizzano appunto questa differenza di comportamento tra le due macchine Aspirazione Mandata ART Figura 2 2 Pompa a ingranaggi esterni 11 POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI Alimentazione da MOTORE Figura 2 3 Motore a ingranaggi esterni la descrizione delle caratteristiche costruttive di tali macchine si pu ora in avanti fare riferimento solo alle pompe tenedo presente la specularit di comportamento e funzione esistente tra i due componenti La pompa ad ingranaggi esterni costituita da un corpo all interno del quale si muovono due ruote dentate identiche una detta motrice porta un albero che attraversa il coperchio del corpo verso l esterno ed dotato di un attacco per il motore che fornisce la coppia motrice l altra detta condotta posta in rotazio
39. una singola parte del ciclo come ad esempio 1 inizio della combustione in un motore o un evento particolare in un processo di produzione 5 6 Cenniai metodi innovativi per misure intensimetriche La misura dell intensit sonora basata sulla misurazione simultanea della pressione sonora e della velocit delle particelle Con la tecnica dei due microfoni si visto che la velocit viene ricavata dal gradiente di pressione che si ha tra i due microfoni Il modo pi intuitivo per la misurazione dell intensit per potrebbe essere quello di misurare direttamente sia la pressione acustica che la velocit con una stessa sonda che sia in grado di misurarle simultaneamente Combinando tra loro trasduttori di pressione e di velocit si potuti giungere alla definizione della sonda Microflown costituita da un microfono per la misura della pressione sonora e da un anemometro a filo caldo per la misura della velocit delle particelle In questo paragrafo viene dato un accenno a questo tipo di strumentazione che sta ormai cominciando a sostituire le classiche strumentazioni basate sulla tecnica dei due microfoni p p method La sonda p u basata cio sulla misurazione di pressione e velocit costituita da due tipi fondamentali di trasduttori L intensit acustica quindi data semplicemente dal prodotto delle medie temporali di velocit e pressione sonora 1 5 18 La sonda Microflown consiste in un
40. valori si nota che in questo modo non possibile poter risalire a una relazione tra i livelli di potenza calcolati in rosso e i livelli di potenza misurati con la tecnica intensimetrica in blu interessante osservare comunque che i livelli di potenza calcolati secondo la norma UNI EN ISO 3744 hanno lo stesso andamento dei livelli di potenza sonora emessa dall intero sistema figure 8 1 8 9 Quindi un motivo per cui questa relazione precisa non si riesce a trovare potrebbe risiedere nel fatto che il livello di potenza misurato per intero sistema per alcune pressioni di esercizio inferiore alla potenza emessa dalla sola pompa motivi principali sono quindi gli stessi individuati nel capitolo 8 nel campo vicino della sorgente si hanno fenomeni di ricircolo dell energia che possono falsare la misura della potenza Si pu per di pensare che mediante la tecnica adottata dalla norma 3744 basata sulla misura della pressione sonora si pu raggiungere un grado di accuratezza di 5dB Con questo grado di accuratezza non per possibile caratterizzare acusticamente e in modo preciso il rumore delle pompe nel senso di ripetibilit della misura Visti infatti i risultati della caratterizzazione acustica delle pompe la differenza tra i livelli sonori massima tra pompe Standard e WHISPER M di 7 4dB ampiamente compreso nel range di errore trovato in questo modo 129 CORRELAZIONE TRA POTENZA SONORA E PRESSIONE SONO
41. 3 5 3 2 Pressione acustica Si pu definire la pressione acustica come lo scostamento della pressione ambientale dal suo valore di equilibrio che in genere rappresentato dalla pressione atmosferica p Po 3 5 Essendo il suono una grandezza oscillante la pressione acustica pu assumere valori sia positivi che negativi per descriverla sar quindi necessario definire un ampiezza e una fase Per semplificare la trattazione pu essere introdotto il suo valore efficace questa ha il vantaggio di essere una grandezza misurabile strumentalmente ed rappresentativa della percezione dell orecchio umano 3 6 35 CONCETTI INTRODUTTIVI ACUSTICA Se la funzione sinusoidale la pressione efficace Pmax Peg Ro 3 7 La pressione acustica ha il vantaggio principale di essere una grandezza facilmente misurabile ma il suo valore fortemente influenzato dall ambiente che circonda la sorgente sonora cio il campo acustico Questo inconveniente ha indirizzato la ricerca a trattare con altre grandezze fisiche che diano un riscontro pi oggettivo 3 3 Intensit densit di energia potenza Come si gi detto in precedenza il suono un fenomeno di trasporto di energia meccanica Pertanto qualunque sia la sorgente che emette l onda sonora la legge di conservazione dell energia impone che tutta l energia sonora emessa da quella sorgente deve essere ritrovata all interno del sistema
42. CUSTICA Con questa relazione si stabilisce che tutta l energia acustica irradiata dalla sorgente deve passare attraverso la superficie cio maggiore il suo raggio minore intensit su ogni area elementare Con questo si pu anche dare una nuova definizione della stessa intensit sonora in termini di potenza acustica che fluisce attraverso l unit di area Grazie a queste ultime relazioni si pu ricondurre la determinazione della potenza sonora alla determinazione dell intensit o della pressione sonora alla distanza r dalla sorgente 3 4 La scala dei decibel e i livelli sonori L orecchio umano in grado di percepire una pressione sonora minima di 20 uPa All estremo opposto una pressione di 60 Pa produce una sensazione di panico e una pressione ancora maggiore pu provocare danni all udito Quindi anche limitandosi agli aspetti della percezione il campo di valori entro il quale pu variare la pressione sonora risulta esteso su oltre 6 ordini di grandezza se poi si tiene conto che la risposta soggettiva maggiormente legata alla potenza essendo questa legata al quadrato della pressione il campo di variazione diventa addirittura dell ordine di 10 Si hanno quindi due ragioni principali che inducono a rappresentare i fenomeni acustici con scale diverse da quella lineare in particolare con una scala logaritmica la prima per evitare la difficolt di trattare con numeri molto piccoli o molto gr
43. ELAZIONE TRA POTENZA SONORA E PRESSIONE SONORA Se si procede al calcolo del valore di la norma prevede la seguente relazione S 10 100 O 85 0 9 5 dove 5 area della superficie a forma di parallelepipedo all interno della quale ubicata la sorgente posta ad una distanza di misurazione data d So l area della superficie di riferimento pari a 1 m Presa una distanza d pari a 1m si pu ricavare il livello di pressione sonora media nella posizione centrale della griglia di misurazione grande in modo da poterlo confrontare con il valore misurato 9 3 Analisi dei risultati Partiamo analizzando la potenza sonora ottenuta mediante la norma UNI EN ISO 3744 e lo confrontiamo con la potenza ottenuta dalle misure intensimetriche Livelli di potenza sonora PL20 1480rpm 90 0 85 0 800 5 gt 75 0 l 70 0 65 0 20 bar 100 bar 180 bar UNI 9614 73 1 76 5 80 0 E UNI 3744 74 7 82 7 84 4 Pressione bar Figura 9 2 Potenza sonora misurata e calcolata per la pompa PL20 128 CORRELAZIONE TRA POTENZA SONORA E PRESSIONE SONORA Livello di potenza sonora WSP20 1480rpm 80 0 _ 750 m 2 700 3 65 0 60 0 20 bar 100 bar 180 bar UNI 9614 71 9 71 8 72 6 E UNI 3744 67 8 72 1 76 1 Pressione bar Figura 9 3 Potenza sonora misurata e calcolata per la pompa WSP20 Analizzando i grafici e i
44. ENZA SONORA E PRESSIONE LE RE eee 125 9 1 Calcolo potenza sonora secondo norma UNI EN ISO 3744 126 9 2 Calcolo pressione sonora secondo UNI EN ISO 11203 127 9 3 rsa aaa 128 10 11 CONCLUSIONI BIBLIOGRAFIA INTRODUZIONE Capitolo 1 INTRODUZIONE Negli ultimi anni le aziende costruttrici di macchine oleodinamiche hanno puntato l attenzione sul miglioramento delle prestazioni acustiche di tali macchine Questa attenzione dovuta a due motivi principali uno la necessit di rispettare le normative in materia di rumore ed emissioni sonore ISO 3794 ISO 9611 ISO TR 11688 l altro dovuto a precise richieste del mercato che non pi disposto ad accettare macchinari caratterizzati da elevati livelli di rumorosit La base di partenza per migliorare i prodotti dal punto di vista della rumorosit quello della conoscenza del fenomeno e dell individuazione della sorgente principale del rumore senza queste informazioni si potrebbe procedere solo per tentativi comportando inutili perdite di tempo e denaro Per questo motivo il primo obiettivo della presente tesi quello di mettere a punto un metodo di misurazione con la tecnica dell intensimetria acustica da poter utilizzare per svolgere ogni tipo di prova con l attrezzatura a disposizione dell azienda Le applicazioni di questa tecnica sono molteplici e permettono di raggiungere risulta
45. RA Cerchiamo ora di analizzare il livello di pressione sonora ricavato sia dal calcolo secondo la norma UNI EN ISO 11203 che dalla misura nel punto centrale della griglia Livello di pressione pompa PL20 1480 rpm 80 0 75 0 5 70 0 65 0 l 60 0 55 0 20 bar 100 bar 180 bar UNI 11203 63 0 62 0 62 3 Lp Misurato 64 8 72 8 74 4 Pressione bar Figura 9 4 Livelli di pressione sonora misurati e rivati secondo norma UNI EN ISO 11203 per la pompa PL20 Livello di pressione sonora pompa WSP20 1480 rpm 70 0 5 60 0 A 55 0 50 0 20 bar 100 bar 180 bar UNI 11203 61 2 61 2 62 0 E Lp Misurato 57 9 62 2 66 1 Pressione bar Figura 9 5 Livelli di pressione sonora misurati e rivati secondo norma UNI EN ISO 11203 Si pu quindi concludere che tale relazione sia valida solo per un tipo di pompa per la pompa WSP 20 mentre per altri tipi andranno ricercate altre relazioni 130 CORRELAZIONE TRA POTENZA SONORA E PRESSIONE SONORA Se si vuole ricavare un range di errore da poter considerare come nel caso della norma 3744 si nota subito che in questo caso si otterrebbe un campo molto pi ampio Quindi non sarebbe possibile raggiungere il grado di accuratezza desiderato e si potrebbe solo stimare in maniera molto imprecisa la potenza sonora emessa Si pu concludere quindi che per avere una stima approssimata della po
46. UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PARMA FACOLTA DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICA CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DI POMPE A INGRANAGGI ESTERNI TRAMITE TECNICHE ACUSTICHE INTENSIMETRICHE RELATORE IlI mo Dott Ing FABIO BOZZOLI CORRELATORI Chiar mo Prof ANGELO FARINA Ing PIETRO DARDANI TESI DI LAUREA DI PIETRO RIVAROLI N MATRICOLA 136779 ANNO ACCADEMICO 2006 2007 INDICE 1 INTRODUZIONE R iaia 6 2 POMPEEMOTORIA INGRANAGGI 8 2 1 Considerazioni generali Lilli iii iii 8 2 2 Classificazione delle macchine volumetriche 9 23 Macchine volumetriche ingranaggi 11 2 4 Sorgenti di rumore nelle pompe ingranaggi esterni 17 2 4 1 Air borne Noise drill 19 242 Altre sorgenti di Air borne Noise 21 2 5 Considerazioni sulla zona di ingranamento e rumore delle pompe 22 2 6 Il fenomeno del 24 2 7 Caratteristiche delle macchine prese in considerazione 30 CONCETTI INTRODUTTIVI ACUSTICA 32 3 1 RSU O ALO AAA 32 3 2 Pressione acustica 35 3 3 Intensit densit di energia
47. a anecoica posta all interno dell azienda La camera anecoica un locale appositamente progettato e realizzato in modo da ottenere il massimo isolamento acustico possibile dall ambiente esterno indicato come coefficiente di fonoassorbimento All interno di tale camera si possono riscontrare livelli di pressione sonora prossimi a quelli riscontrabili in condizioni di campo libero permettendo rilevazioni di precisione altrimenti impossibili La misura in camera anecoica si rende necessaria ogni qualvolta si desideri effettuare in laboratorio misure di sonorit in condizioni ottimali e cio con il massimo isolamento acustico dall ambiente esterno e un eccellente coefficiente di fonoassorbimento Le caratteristiche che definiscono le prestazioni minime di una camera anecoica sono contenute nelle norme ISO 3740 Il parametro fondamentale che caratterizza una camera il fattore di correzione ambientale che secondo la norma UNI EN ISO 3744 deve avere un valore il pi basso possibile e comunque non superiore a 2 dB La stessa norma ISO 3744 stabilisce quali debbano essere le condizioni di prova la strumentazione utilizzata e il tipo di sorgente necessarie per la caratterizzazione Una fase della misura per la caratterizzazione della camera mostrata in figura 6 1 risultati della caratterizzazione sono mostrarti nel grafico di figura 6 2 come si pu osservare la camera soddisfa i requisiti ric
48. a della banda di terzo di ottava dei 315 Hz della pompa PL20 alla pressione di 20 bar ASP MAN 78 76 74 72 70 64 62 60 58 52 50 48 46 44 42 40 36 34 32 30 Figura 8 7 Mappa dell intensit in corrispondenza della banda di terzo di ottava dei 315 Hz della pompa PL20 alla pressione di 100 bar 8 2888 288 88 28 8 118 POTENZA SONORA EMESSA DAL SISTEMA E INDIVIDUAZIONE DELLE SORGENTI ASP MAN 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 Figura 8 8 Mappa dell intensit in corrispondenza della banda di terzo di ottava dei 315 Hz della pompa PL20 alla pressione di 180 bar Le mappe confermano un altra volta quanto ottenuto analiticamente in precedenza Si riscontra ancora l aumento di potenza sonora emessa all aumentare della pressione di esercizio e si possono individuare le zone di maggiore emissione nella zona della pompa e nella zona occupata dai collettori Quello che per pi interessante analizzare la mappa a 20 bar in questa mappa si pu notare che comunque il sistema di collettori responsabile dell emissione di potenza sonora si nota infatti in quella zona una macchia tendente al giallo soprattutto nel collettore di mandata che sta a rappresentare una zona di maggiore emissione rispetto alle altre Come si pu osservare dalle mappe in corrispondenza di queste frequenze
49. a di passare a descrivere i vari strumenti per necessario soffermarsi sulle tecniche di analisi dei segnali che sono strettamente legate al problema della misura di un grandezza fisica In particolare ci soffermeremo sull analisi in frequenza dei segnali che si adatta bene allo studio dei fenomeni acustici e che in questi casi d risultati di immediata applicazione In seguito verranno illustrati i principali strumenti di misura considerando sia i principi di funzionamento sia le problematiche pi rilevanti che si potrebbero affrontare nel loro utilizzo Infine verranno esposti alcuni metodi di recente introduzione usati nelle misure acustiche per dare un idea dello stato dell arte in questo campo 42 MISURE DI PRESSIONE SONORA 4 1 Analisi in frequenza L analisi in frequenza un potente strumento di analisi per lo studio dei segnali Fu introdotto in ambito elettronico per lo studio dei segnali elettrici di carattere tipicamente periodico molto spesso derivanti da funzioni sinusoidali primi strumenti per effettuare l analisi in frequenza erano di tipo analogico costituiti cio da componenti elettronici in grado di effettuare delle operazioni matematiche direttamente sui segnali in tensione o corrente Lo sviluppo dei sistemi digitali e il rapido aumento delle prestazioni e delle capacit di calcolo degli elaboratori ha permesso una rapida diffusione delle tecniche di analisi in frequenza anche ad altri settori
50. a rappresentata nella figura 4 2 la larghezza di banda viene misurata 3dB sotto il valore del segnale Ovviamente tanto pi ripide sono le rampe di salita e discesa del filtro e tanto pi piatta la parte passante tanto migliore risulta il filtro dB ib 7984 Figura 4 2 Risposta di un filtro reale filtri a banda passante si suddividono in due tipi e Filtri a banda costante in cui la larghezza di banda B rimane la stessa al variare della frequenza di centro banda e Filtri a banda percentuale costante in cui la larghezza di banda B dipende della frequenza di centro banda e le frequenze centrali sono legate tra loro da relazioni non lineari 49 MISURE DI PRESSIONE SONORA primi vengono utilizzati comunemente negli analizzatori veloci di Fourier Fast Fourier Transform FFT Di solito questi analizzatori permettono di dividere il campo di misura della frequenza in 400 800 1600 intervalli detti righe Se supponiamo di analizzare un campo di frequenza che varia da 0 a 20kHz con una risoluzione di 400 righe avremo un filtro con una larghezza di banda B 50Hz restringendo 1 analisi a 0 2 kHz la larghezza di banda sar 5 Hz filtri a larghezza di banda costante sono utilizzati perlopi per 1 analisi delle vibrazioni In acustica a parte qualche rara applicazione si usano i filtri a banda percentuale costante in quanto approssimano meglio la sensazione uditiva umana
51. a seguito nella realizzazione di questo lavoro il prof Angelo Farina e il dott Fabio Bozzoli che si sono dimostrati sempre disponibili e chiari nelle spiegazioni richieste 137
52. alenti della componente del vettore intensit normale alla superficie di misura nello stesso intervallo di frequenza L intervallo di frequenza caratteristico del rumore generato da ciascuna pompa strettamente legato al lavoro degli ingranaggi stato determinato tenendo conto che il primo picco rumore significativo appare sempre alla frequenza fondamentale di ingranamento f esattamente calcolabile in base al numero dei denti degli ingranaggi e alla loro velocit di rotazione secondo la relazione 87 DEFINIZIONE METODOLOGIE DI MISURA N Vin 6 1 dove numero di denti degli ingarnaggi Vm velocit di rotazione dell albero motore in giri al minuto rpm Tale picco sempre accompagnato da altre componenti tonali a frequenze multiple della frequenza fondamentale dette armoniche Tra esse il picco dominante in corrispondenza della seconda armonica nota come frequenza di pompaggio fp Nel nostro caso le pompe oggetto delle prove hanno ingranaggi a 12 denti N12 e la velocit di rotazione fissa 1480 giri min vm 1480 rpm quindi sar 12 1480 2 296 Hz 6 2 12 1480 2 592 Hz 6 3 Si pu osservare che la frequenza di ingranamento ricade nella banda di terzo di ottava dei 315 Hz e la frequenza di pompaggio ricade nella banda dei 630 Hz Ci aspetta quindi che in corrispondenza di tali armoniche e di quelle multiple si riscontrino dei picchi negli spettri
53. amera anecoica Le normative 5 9 forniscono le caratteristiche acustiche minime della camera microfoni vengono montati su una superficie sferica e emisferica in questo caso la sorgente e posta su una superficie riflettente Le prove ingegneristiche possono venire eseguite sia in ambienti normati che all aperto su un piano riflettente La procedura di calcolo analoga a quella seguita per le misure da laboratorio Le misure in situ devono essere eseguite quando no possibile spostare la macchina all interno della camera di prova Naturalmente la precisione di queste misure non molto alta e dipender dalle condizioni dell ambiente circostante Per quanto riguarda le misure intensimetriche conviene dedicare un paragrafo a parte vista l importanza che rivestono sia nel presente lavoro che il notevole salto di qualit che permettono di compiere rispetto alle precedenti tecniche di misura Misure intensimetriche Una delle pi importanti applicazioni della tecnica intensimetrica riguarda la possibilit di determinare la potenza sonora emessa da sorgenti eseguendo la misura in situ Il metodo trova il suo fondamento teorico dalle definizioni di intensit e di potenza acustiche W 145 5 10 64 MISURE DI POTENZA SONORA Da questa relazione si possono evidenziare due caratteristiche fondamentali 1 Il valore medio della potenza sonora generata all interno di una superficie chiusa rappresen
54. andi dispersi in un campo molto esteso la seconda che il nostro apparato uditivo ha una risposta esprimibile pi in termini logaritmici che lineari L uso della scala logaritmica consente di confrontare i valori della grandezza in esame con valori convenzionali della stessa grandezza assunti come riferimento per tali valori si fa riferimento alla norma ISO 1683 Il logaritmo decimale moltiplicato per 10 per evitare un eccessiva compressione della scala del rapporto tra questi valori rappresenta il livello della grandezza presa in esame livello rispetto al valore di riferimento Il risultato viene espresso in decibel dB nonostante il livello della grandezza sia adimensionale il decibel viene considerato a tutti gli effetti una unit di misura vera e propria 40 CONCETTI INTRODUTTIVI ACUSTICA LIVELLO DI PRESSIONE SONORA Nell esprimere il livello di pressione sonora poich la definizione di decibel si riferisce al rapporto tra grandezze proporzionali all energia o alla potenza occorre considerare il quadrato della pressione sonora p p L 3 16 dove il valore di riferimento della pressione sonora p convenzionalmente assunto uguale a 20x10 Pa 20 uPa che corrisponde alla soglia della sensazione uditiva umana alla frequenza di 1 kHz Sia p che p vanno intesi come valori efficaci della pressione sonora LIVELLO DI INTENSITA SONORA Anche il livello di intensit sonora vale una defi
55. ansitori in cui fondamentale sapere quale segmento temporale stato oggetto dell analisi Nel caso dei transitori poi necessario essere certi che il segnale sia stato analizzato nella sua interezza senza interruzioni 51 MISURE DI PRESSIONE SONORA Analizzatori di spettro a larghezza di banda percentuale costante Gli analizzatori di spettro a banda percentuale costante sono costituiti essenzialmente da banchi di filtri di frazione di ottava che operano in parallelo Tali banchi di filtri possono essere realizzati come filtri analogici ormai sorpassati come insiemi di filtri digitali fisici molto rari 0 pi frequentemente come programmi di calcolo Seguendo lo schema rappresentato in figura si pu vedere che il segnale viene applicato all ingresso e analizzato in modo da rappresentare il risultato sul visualizzatore sotto forma di barre ciascuna relativa al valore in uscita di un filtro Il selettore di larghezza di banda consente di impostare la selettivit della misura le impostazioni pi comuni sono comunque quelle in banda ottava in 1 3 1 12 e 1 24 ottava Il selettore del tipo di media consente di selezionare il tipo di media lineare o esponenziale Gli analizzatori a banda percentuale costante sono usati principalmente nella misura del rumore della potenza sonora delle caratteristiche acustiche degli ambienti e dei materiali 4 2 Fonometro Il fonometro lo strumento base per esegui
56. antit di rumore emessa da ogni singola parte della macchina Questo significa determinare la potenza sonora delle varie componenti della macchina Ci facilmente realizzabile mediante le misure di intensit poich siamo in grado di definire una superficie contenente le singole componenti Tutti i rumori provenienti dalle componenti non considerate purch tale rumore sia stazionario possono essere considerate rumore di fondo e quindi non influiscono sulla misura Inoltre la potenza sonora totale pu essere ricavata semplicemente sommando le potenze sonore parziali di tutte le componenti emettenti rumore La tecnica dell intensit diretta perch le misure possono essere eseguite sul posto Questo un miglioramento notevole rispetto alle tecniche precedenti infatti le singole parti componenti una struttura complessa il motore del banco per esempio dovevano essere isolate in qualche modo Il livello di pressione di Ei MISURE DI POTENZA SONORA ogni singola parte poteva essere misurato solo piazzando la macchina in camere anecoiche o riverberanti o ci richiedeva spesso alcune settimane Un applicazione della tecnica intensimetrica particolarmente efficace per caratterizzare emissione acustica di macchine rotanti quella basata sulla analisi selettiva Tale metodica permette di valutare se vi discontinuit di emissione di rumore durante un ciclo completo e di evidenziare emissione corrispondente ad
57. avare questa correlazione o comunque si trovata per una tipologia di pompe PL20 ma non stata verificata nelle successive prove effettuate su altre tipologie di pompe e con altre configurazioni 125 CORRELAZIONE TRA POTENZA SONORA E PRESSIONE SONORA 9 1 Calcolo potenza sonora secondo norma UNI EN ISO 3744 La norma UNI EN ISO permette di calcolare la potenza sonora di una sorgente di rumore mediante la pressione sonora La norma in oggetto prevede che il livello di potenza sonora venga calcolato secondo la relazione E E T 9 1 S dove Lw il livello di potenza sonora della sorgente Lp il livello di pressione sonora finale calcolato secondo la relazione Ly L K K 9 2 So l area della superficie di riferimento pari a 1m S area della superficie semisfera o parallelepipedo che comprende la batteria microfonica Il coefficiente si riferisce al rumore di fondo 10100 1 107 9 3 In questo caso per essendo in un ambiente ben isolato dall esterno il rumore di fondo trascurabile e si potuto misurare una differenza tra i livelli di pressione sonora a sorgente attivata e disattivata maggiore ai 15dB in questo caso possibile considerare il coefficiente K pari a zero Il coefficiente K2 il coefficiente di correzione ambientale ricavato dalla caratterizzazione della camera anecoica paragrafo 6 1 La batteria microfonica costituita da 4 microfoni posti nel punto centrale di
58. bar Livello complessivo di potenza sonora Complessivo WSP20 180 bar Pompa WSP20 180 bar o o vo o o oo oo oo oo o o om o co co 0 o N 0 0 0 N o O o no CC N N MIT LI Frequenza Hz Figura 8 12 Spettri di potenza sonora emessa dalla pompa WSP 20 e dall intero sistema alla pressione di esercizio di 180 bar 121 POTENZA SONORA EMESSA DAL SISTEMA E INDIVIDUAZIONE DELLE SORGENTI Andando ad analizzare le mappe di colore in corrispondenza delle bande di terzo di ottava dei 315 Hz si ottiene quanto segue ASP MAN 78 76 74 72 70 68 54 50 48 46 42 40 36 Figura 8 13 Mappa dell intensit in corrispondenza della banda di terzo di ottava dei BE3928 8 8 sue 315Hz della pompa WSP20 alla pressione di 20 bar ASP MAN 46 Figura 8 14 Mappa dell intensit in corrispondenza della banda di terzo di ottava dei 315Hz della pompa WSP20 alla pressione di 100 bar SBDLSBZIIZBINTA aaa Soa 88288 122 POTENZA SONORA EMESSA DAL SISTEMA E INDIVIDUAZIONE DELLE SORGENTI ASP MAN 78 76 74 72 70 68 60 54 5 50 48 46 44 42 40 36 34 32 30 Figura 8 15 Mappa dell intensit in corrispondenza della banda di terzo di ottava dei 315 Hz della pompa WSP20 alla pressione di 180 bar SE8928 SD 8 Negli spettri di potenza si
59. basato sul posizionamento manuale della sonda nei vari punti della griglia di misurazione descritta nel paragrafo 6 4 6 3 Analisi del sistema di misura Tutti i rilievi sono stati effettuati utilizzando un analizzatore a due canali modello 2144 della Bruel amp kjaer che verr analizzato nel dettaglio in seguito Tale strumento di classe 1 soddisfa ai requisiti della norma IEC 1043 L analizzatore stato interfacciato una sonda intensimetrica unidimensionale costituita da due microfoni accoppiati in fase di diametro 1 2 montati su un opportuno supporto in configurazione face to face con uno spaziatore microfonico da 12 mm Una foto della strumentazione utilizzata e mostrata in figura 6 4 Figura 6 4 Strumentazione utilizzata per l esecuzione delle misure Analizziamo ora nel dettaglio i vari componenti della catena di misurazione 82 DEFINIZIONE METODOLOGIE DI MISURA 6 3 1 Analizzatore bicanale in tempo reale 2144 Bruel amp Kjaer Lo strumento utilizzato nelle prove effettuate oggetto della presente tesi un analizzatore in tempo reale della Bruel amp Kjaer in particolare il Dual Channel Real time Frequency Analyzer Type 2144 da ora in poi chiamato per comodit semplicemente 2144 Figura 6 5 Analizzatore in tempo reale 2144 della Bruel amp Kjaer Tale strumento un analizzatore portatile che permette analisi in tempo reale in banda stretta e in banda percentuale
60. cchina mentre un fonometro non integratore vincolato alla misurazione di fenomeni stazionari Si possono poi distinguere i fonometri in grado di eseguire la scomposizione in frequenza del rumore da quelli che invece forniscono solo un dato globale Questa caratteristica molto importante nella scelta del fonometro infatti mentre un dato globale il pi delle volte ha una valenza di verifica la scomposizione in frequenza consente uno studio pi approfondito del problema acustico Ritornando allo schema iniziale del fonometro si pu intuire che negli strumenti che non effettuano la scomposizione in frequenza non sar presente il blocco dei filtri quanto sono questi che permettono di realizzare la scomposizione in frequenza Occorre ora fare una precisazione sul tipo di fenomeno che si va ad analizzare Se il fenomeno stazionario possibile utilizzare strumenti in grado di eseguire l analisi sequenziale in quanto poich il rumore non cambia nel tempo si possono analizzare le diverse frequenze in tempi successivi Nel caso di fenomeni non stazionari l analisi sequenziale pu portare a risultati errati poich a causa della variabilit del fenomeno acustico pu capitare di analizzare una certa banda di frequenza nel momento in cui ad esempio la massima rumorosit presente su una banda diversa L unico modo per evitare l errore citato l esecuzione delle varie misure alle diverse frequenze sulla stessa regis
61. ce tra loro contrapposte cio confrontare zona di aspirazione con zona di mandata e superficie superiore con superficie inferiore La superficie frontale non pu essere confrontata con altre facce ma pu essere comunque presa in considerazione nell analisi completa _95 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE Pi che l analisi degli spettri di potenza per ogni faccia e per ogni pressione di lavoro pi interessante osservare i livelli complessivi di potenza sonora emessi su ciascuna faccia Nelle seguenti tabelle si sono riassunti i valori di potenza emessa su ciascuna faccia e complessivamente per tutte le pressioni di funzionamento PL20 1480 rpm Confronto Aspirazione Mandata 80 0 _ 75 0 m 8 mo a 3 650 60 0 20 bar 100 bar 180 bar Aspirazione 69 3 72 1 74 9 E Mandata 65 9 69 4 72 9 Pressione bar Figura 7 4 Confronto tra aspirazione e mandata per la pompa PL20 PL20 1480 rpm Confronto Sopra Sotto 75 0 700 ca 5 650 e aa 3 600 55 0 20 bar 100 bar 180 bar Sopra 63 1 66 6 70 2 E Sotto 62 9 66 6 70 2 Pressione bar Figura 7 5 Confronto tra la superficie superiore e superficie inferiore per la pompa PL20 Da questi grafici si pu osservare la sostanziale parit di emissione tra le superfici superiore e inferiore caratterizzate dalla stessa potenza sonora emessa
62. circa 1000 volte maggiore rispetto alle semplici vibrazioni acustiche soprattutto nel caso di pompe e motori meccanismi di propagazione dell energia possono essere classificati come gt Structure borne rumore generato da vibrazioni causate da componenti strutturali del sistema Le strutture possono irradiare energia acustica mediante vibrazioni trasversali o propagare energia meccanica attraverso vibrazioni longitudinali La sorgente di energia in gran parte dovuta ad eccentricit o sbilanciamenti di componenti rotanti o in moto reciproco gt Liquid borne rumore generato da fluttuazioni di pressione causato da oscillazioni della colonna di fluido pulsazioni di pressione cavitazioni gt Air borne rumore dovuto alla propagazione di fluttuazioni di pressioni subite dall aria ob POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI FBN SBN Figura 2 8 Le tre sorgenti di rumore presenti in una pompa oleodinamica SBN Structure born Noise FBN Fluid born noise ABN Air born Noise In questa sede si proceder in particolar modo allo studio dei meccanismi che governano noise Nelle pompe ad ingranaggi le principali sorgenti di rumorosit sono da individuare in 1 Accoppiamento tra i denti quando gli ingranaggi sono sottoposti all azione della pressione che provoca una deflessione in direzione tangenziale degli stessi Quando la pressione diminuisce anche la deflessione fa altrettan
63. costante di fenomeni acustici elettroacustici e vibrazionali sia on site cio in campo sia in laboratorio Dedicando attenzione all analisi dei fenomeni acustici il 2144 permette di realizzare sia misure di pressione sonora sia dell intensit acustica con la tecnica dei due microfoni per mezzo della sonda intensimetrica che in seguito verr analizzata La misura dell intensit non una caratteristica banale per un analizzatore in quanto sono necessari due canali in ingresso poich la sonda intesimentrica e composta da due trasduttori acustici Un altra caratteristica importante che devono avare i due canali dell analizzatore quella dell assenza di sfasamento tra i due canali della sonda 83 DEFINIZIONE METODOLOGIE DI MISURA 6 3 2 Sonda intensimetrica La sonda intensimetrica fondamentalmente costituita da due microfoni montati faccia a faccia con un distanziatore al centro Questo sistema si affermato rispetto agli altri sistemi di montaggio dei microfoni senza blocco distanziatore fianco fianco retro retro ecc perch si rivelato avere una risposta in frequenza e caratteristiche migliori In genere si hanno tre distanziatori che fissano la distanza tra i microfoni a 6 12 e 50 mm La scelta dei distanziatori dipende dalla gamma di frequenza che deve essere coperta microfoni da 1 2 pollice sono usati per le basse frequenze mentre i microfoni da a di pollice sono usati alle al
64. di direttivit del coseno 6 4 Definizione superficie di misura Il primo obiettivo oggetto della presente tesi quello di cercare di capire influenza del sistema di raccorderia e di tubazioni del banco sul rumore generato dalla singola pompa Mediante la tecnica intensimetrica possibile effettuare due distinte misure di potenza sonora una che permetta di misurare la potenza emessa dall intero sistema costituito da pompa e banco prova e una seconda misurazione che permetta di risalire alla potenza emessa dalla sola pompa Poich tale tecnica permette anche di mappare l intensit sonora emessa si reso necessario realizzare due diverse griglie una che che includa tutto il volume che genera rumore cio il sistema pompa banco e una che comprenda solo il volume occupato dalla pompa Per differenza tra le potenze misurate sar poi possibile risalire all influenza del sistema di tubazioni sulla potenza sonora totale A questo scopo si deciso di realizzare un telaio in listelli di legno sul quale verr poi tracciata la griglia di misurazione mediante un filo sottile In questo modo si pu avere maggiore flessibilit nel decidere la dimensione delle maglie Una volta stabilito il contributo quantitativo delle tubazioni si pu individuare con una mappa dell intensit dove si ha maggiore emissione sonora Bisogna per osservare che la mappa di colore dell intensit permette di capire solo qualitativam
65. dotto tra la pressione sonora istantanea e la velocit delle particelle in quel punto per poter eseguire la misura quindi necessario poter misurare entrambe le grandezze La maggior parte degli strumenti in commercio sono basati sul cosiddetto metodo dei due microfoni che per ogni componente del vettore intensit prevede la misura delle corrispondenti componenti di pressione e velocit mediante una sonda costituita da due microfoni di alta qualit nominalmente identici disposti uno vicino all altro in modo opportuno Alcune possibili configurazioni sono gt faccia faccia gt fianco fianco gt retro retro Per la misura della pressione non si presentano particolari problemi se non quelli che si dovrebbero affrontare nelle misure di pressione sonora con un normale microfono Non cosi semplice per la misura della velocit delle particelle La velocit delle particelle pu essere messa in relazione con il gradiente di pressione il grado in cui la pressione istantanea cambia con la distanza grazie all equazione di conservazione del momento equazione di Eulero linearizzata Conoscendo il gradiente di pressione e la densit del fluido possiamo quindi calcolare l accelerazione delle particelle 1 a Vp r t p 5 11 0 MISURE DI POTENZA SONORA In una direzione si ha a 1 t P r 5 12 quindi integrando il segnale di accelerazione si ottiene la velocit delle particelle __ 1
66. e figura 2 15 99 2 POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI STANDARD Figura 2 16 Il fluido intrappolato viene suddiviso due volumi nella pompa WHISPER Confrontando i risultati ricavati da prove su pompe standard e pompe WHISPER sia osservando i grafici in frequenza che gli andamenti temporali del pressure ripple evidente l attenuazione di ampiezza dell oscillazione di pressione che si ottiene dalla pompa WHISPER M Si detto che la pompa WHISPER genera oscillazioni di pressione a frequenza pi elevata teoricamente doppia e di ampiezza minore rispetto a quella standard A conferma di ci si osservi la figura 2 18 nell intervallo di tempo che intercorre tra due picchi di pressione generati dalla pompa standard si notano quattro picchi di intensit minore generati dalla WHISPER Ovvero la frequenza con cui si hanno i picchi di pressione con la pompa WHISPER circa doppia rispetto alla standard come dimostrato anche dallo spettro di figura 2 17 in cui compaiono armoniche a frequenza superiore 2400 e 3000 Hz praticamente assenti nello spettro della pompa standard 28 POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI io 1500 rpm 150 bar al 0 RE Tos BE 2 052 ci te lt sa 0 27 T RE 00 85 0 E i I PSI 0 300 sco 500 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3500 53900 4200 Frequency Hz Figura 2 17 Spettro ottenu
67. e quindi la risposta dell orecchio ai suoni La pi importante categoria di filtri di questo tipo quella dei filtri di banda di ottava e frazione di banda ottava La larghezza della banda passante legata ad una frazione di ottava b con intero valori pi usati per b sono 1 filtri di banda di ottava 3 filtri di banda di 1 3 di ottava 12 e 24 Nella seguente tabella sono riassunti i valori numerici delle grandezze caratteristiche per i filtri di banda di ottava e di 1 3 di ottava Ottava 1 3 Ottava Rapporto tra le frequenze di taglio 2 2 1 259 Frequenza centrale 2 1 22f1 e SA Larghezza di banda percentuale 70 7 23 1 Tabella 4 1 Caratteristiche dei filtri banda d ottava Nelle normative pi moderne si prevede ormai l utilizzo quasi esclusivo dei filtri di terza ottava Le frequenze centrali dei filtri sono normalizzate nella norma UNI EN ISO 266 L analisi del segnale ad una certa frequenza non istantanea poich il filtro ha un certo tempo di risposta funzione della larghezza di banda del filtro 50 MISURE DI PRESSIONE SONORA Si pu dimostrare che il tempo di risposta del filtro inversamente proporzionale alla larghezza di banda da cui si pu dedurre che un analisi in banda stretta richiede pi tempo di un analisi in banda larga Se si utilizzano dei filtri a banda percentuale costante 1 esperienza porta a definir
68. e un tempo pari a 5 6 periodi a seconda della precisione desiderata L analisi sequenziale viene effettuata misurando una banda dopo altra Il tempo necessario per coprire tutto il campo delle frequenze relativamente lungo pertanto ha senso eseguire tale analisi solo se il rumore di tipo stazionario filtri possono venire selezionati manualmente oppure automaticamente dopo aver fissato il campo di misura L analisi in frequenza mediante filtri basata essenzialmente sulla misura del valore efficace del segnale in uscita da ogni filtro x L xar 4 8 int incertezza nella misura legata anche al tempo di integrazione o di media cio al tempo impiegato per mediare il segnale filtrato x t secondo la relazione data Se si considera un segnale continuo e periodico l effetto di un tempo di integrazione troppo breve consiste in una oscillazione di x con lo stesso periodo del segnale T E quindi sufficiente che sia Tim23T Nel caso di segnali stazionari casuali bisogna invece tenere conto dell incertezza dovuta alle caratteristiche statistiche del segnale che dipende sia dal tempo di media sia dalla larghezza di banda del filtro L introduzione dell analisi in frequenza con tecniche numeriche ha da una parte permesso la realizzazione di strumenti molto potenti dall altra ha introdotto il problema dell analisi tempo reale Esistono infatti dei fenomeni non stazionari o tr
69. el troncamento si utilizzano opportune funzioni finestra che moltiplicano il segnale analizzato riducendone ampiezza e quindi la discontinuit agli estremi della stessa finestra di analisi In realt non possibile ottenere uno spettro continuo ma per analizzare il segnale si utilizza una serie di filtri analogici o digitali la cui funzione quella di far passare solo una determinata banda del segnale entrante filtri si possono dividere in 4 categorie a seconda di che parte del segnale lasciano passare e Filtro passa basso lascia passare solo le frequenze inferiori alla frequenza di taglio e Filtro passa alto lascia passare solo le frequenze superiori alla frequenza di taglio e Filtro passa banda lascia passare solo le frequenze comprese in un determinato intervallo e Filtroa soppressione elimina le frequenze comprese in un determinato intervallo Per l analisi in frequenza vengono utilizzati i filtri passa banda Un filtro ideale dovrebbe avere il comportamento che si vede in figura 4 1 se entra un segnale costante la risposta dovrebbe essere nulla fino alla frequenza di taglio inferiore fi lasciar passare il segnale senza deformarlo nella banda di 48 MISURE DI PRESSIONE SONORA funzionamento sopprimere tutto il segnale con frequenza superiore alla frequenza alla frequenza di taglio superiore fz A dB f f Figura 4 1 Filtro ideale La risposta di un filtro reale quell
70. elle solide sowrapressione 1 d A gt asp I 7 mandata N a LA Telit l 3 1 4 A depressiohe Figura 2 10 Particolare della zona di ingranamento volume intrappolato tra i punti di contatto Per ovviare a tali inconvenienti vengono realizzati mediante fresature degli scarichi sui rasamenti in modo da mettere in comunicazione il volume intrappolato dapprima con l ambiente di mandata ed in seguito con quello di aspirazione come mostrato in figura 2 11 22 POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI Scarico di 7 aspirazione Scarico di 1 mandata Baffo di ___ velocit Figura 2 11 Immagine 3 D del lato ingranaggio di un rasamento laterale Lo scarico posizionato vicino alla zona di alta pressione ha il compito di permettere la comunicazione tra la mandata ed il volume isolato quando quest ultimo risulta compresso Cos facendo il picco di pressione causato dalla compressione del fluido intrappolato nel volume viene ridotto aumentando la portata di fluido forzata verso la mandata Allo stesso modo gli scarichi posizionati in prossimit della zona di bassa pressione permettono il riempimento del volume isolato durante la fase di espansione mediante un flusso di olio dall aspirazione Grazie a questo accorgimento possibile ridurre notevolmente la possibilit di raggiungere all interno dei vani condizioni di cavitazione Tali scarichi vengono anche definiti con i
71. elocit delle particelle Tali segnali sono perfettamente in fase e di uguale ampiezza In questo punto quindi il campo risultante completamente attivo come conferma l andamento dell intensit istantanea che risulta del tutto analogo al caso della propagazione MISURE DI POTENZA SONORA delle onde armoniche monocromatiche in un tubo con terminazione perfettamente anecoica ampiezza sempre positiva Nella figura vengono illustrati i risultati di una misura identica effettuata a una distanza di 0 03 m dalla sorgente cio in condizioni di campo vicino In questo caso gli andamenti di pressione e velocit delle particelle rivelano che queste grandezze sono quasi in quadratura e quindi che il campo sonoro fortemente reattivo Di conseguenza l intensit istantanea ha un andamento oscillante attorno allo zero e ci indica che localmente l energia fluisce avanti indietro Confrontando le due condizioni sperimentali illustrate si pu vedere che il campo sonoro risultante fortemente reattivo in vicinanza della sorgente gi ad una distanza pari a una lunghezza onda risulta gi completamente attivo In condizioni generali tuttavia l estensione della zona di campo reattivo non pu essere definita a priori in quanto essa dipende da vari parametri quali il valore della frequenza le dimensioni e le caratteristiche di emissione della sorgente e le caratteristiche dell ambiente di misura Nel momento de
72. ente emissione di rumore i valori dell intensit non sono quelli reali perch il software di interpolazione non in grado di prevedere i valori intermedi tra un punto e un altro 85 DEFINIZIONE METODOLOGIE DI MISURA stato scelto un volume di misura a forma di parallelepipedo racchiudente la sorgente con dimensioni e densit di punti di misura tali da soddisfare i requisiti richiesti dalla norma ISO 9614 1 Ne segue che i risultati riportati si riferiscono a prove intensimetriche svolte per punti su una superficie chiusa immaginaria parallelepipedo contenente la pompa e avente dimensioni stabilite dalla norma citata precedentemente Nelle seguenti figure sono schematizzate le griglie di misurazione utilizzate nelle caratterizzazioni ASPIRAZIONE 1800 Figura 6 7 Schema della griglia di misurazione grande 86 DEFINIZIONE METODOLOGIE DI MISURA Figura 6 8 Schema delle griglia di misurazione piccola 6 5 Misurazioni Per ogni pompa sottoposta a indagine acustica e in ciascun punto della griglia di misura sono stati acquisiti e lo spettro in bande di 1 3 di ottava dei livelli equivalenti della pressione sonora media tra i due microfoni nell intervallo di frequenza caratteristico dell emissione della pompa e o spettro in bande di 1 3 di ottava dei livelli equiv
73. erno ma si limitano a trasferirlo dall ambiente di aspirazione a quello di mandata la pressione viene ottenuta grazie alla resistenza esercitata dal circuito all interno del quale inserita la macchina si dice infatti che una macchina volumetrica si limita a trasferire un determinato volume di fluido contro la differenza di 8 POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI pressione esterna Sono inoltre caratterizzate da una sostanziale indipendenza della portata erogata dalla pressione di esercizio 2 2 Classificazione delle macchine volumetriche Le macchine volumetriche possono a loro volta essere oggetto di ulteriori classificazioni in base a vari aspetti che ne caratterizzano il funzionamento e la geometria costruttiva Una prima suddivisione pu essere effettuata in base al tipo di moto che caratterizza gli organi all interno della macchina stessa In questo caso si soliti individuare due grandi famiglie gt macchine rotative caratterizzate da moto rotatorio circolare degli organi interni gt macchine alternative caratterizzate da moto alternativo o oscillante degli organi interni Un altra classificazione pu essere fatta considerando le differenti soluzioni geometrico costruttive che vengono adottate dalle varie aziende del settore gt macchine a pistoni assiali o radiali costituite da pi pistoni che alloggiati all interno di camere di pompaggio ricavate nel corpo trasferiscono nella loro corsa di
74. erzi di ottava dalla banda dei 200 Hz fino a quella degli 8000 Hz 93 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE Livello di potenza PL20 20bar 1480rpm Spettro non ponderato Spettro ponderato A 75 0 70 0 65 0 60 0 55 0 50 0 45 0 40 0 dB 1O 1O LO 2 3 LO N 2000 3150 Frequenza Hz 8000 Figura 7 2 Spettro di potenza a 20 bar Livello di potenza PL20 100bar 1480rpm Spettro non ponderato Spettro ponderato A ca LO w 2 LO N LO N _ N LO Frequenza Hz 8000 Figura 7 3 Spettro di potenza a 100 bar Livello di potenza PL20 180bar 1480rpm Spettro non ponderato Spettro ponderato A 75 0 70 0 m 65 0 60 0 55 0 50 0 LO qs Q LO To N LO N T N LO Frequenza Hz 8000 Figura 7 3 Spettro di potenza a 180 bar 94 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE Dagli spettri di potenza risultano ben evidenti i picchi in corrispondenza della frequenza di ingranamento 300 Hz e della frequenza di pompaggio 600 Hz che soprattutto alle basse pressioni di funzionamento presentano intensit maggiore degli altri casi Aumentando la pressione di lavoro della po
75. esentazione si pu facilmente comprendere come il mondo delle macchine volumetriche sia molto vasto ed articolato e ovviamente ad ogni esigenza di funzionamento corrisponder la soluzione tecnica e progettuale pi adeguata al fine del conseguimento del risultato ottimale Questa tesi si occupa di macchine volumetriche sia motrici che operatrici ad ingranaggi esterni nelle quali entrambe le ruote dentate presentano una dentatura esterna e quindi a queste che restringeremo la nostra analisi in seguito Esistono anche macchine ad ingranaggi interni nelle quali una delle due ruote dentata internamente ma in questo elaborato non sono state prese in considerazione Nella figura 2 1 schematizzata questa classificazione N ROTATIVE ALTERNATIVE ZO AD INGRANAGGI A PALETTE PISTONI ASSIALI A PISTONI RADIALI MACCHINE VOLUMETRICHE ES Figura 2 1 Classificazione delle macchine volumetriche 10 POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI 2 3 Macchine volumetriche a ingranaggi esterni Le macchine volumetriche ad ingranaggi esterni motrici e operatrici si basano sullo stesso principio di funzionamento e presentano le stesse caratteristiche costruttive mantenendo per la differenza fondamentale nel verso del passaggio dell energia Infatti una pompa oleodinamica riceve energia dall esterno da un motore solitamente elettrico che trascina uno dei due ingranaggi e trasferisce fluido da
76. essa componente della pompa PL questa differenza pu essere spiegata dal diverso modo di operare della pompa Ricordiamo infatti che il principio su cui basato il funzionamento di questa tipologia di pompe proprio quello di abbassare il livello di intensit delle oscillazioni di pressione e aumentarne la frequenza 111 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE In entrambi i tipi di spettri di potenza analizzati si nota la presenza di picchi di intensit elevata alle alte frequenze Da studi effettuati sul pressure ripple si potuto osservare che queste componenti non sono imputabili a questo fenomeno infatti nel suo spettro non si hanno componenti significative oltre i 600 Hz Da studi effettuati sulle accelerazioni si potuto ipotizzare che queste componenti alle alte frequenze siano dovute a un moto eccentrico dell albero ma non ancora stato possibile avere una conferma sperimentale 112 POTENZA SONORA EMESSA DAL SISTEMA E INDIVIDUAZIONE DELLE SORGENTI Capitolo 8 POTENZA SONORA EMESSA DAL SISTEMA E INDIVIDUAZIONE DELLE SORGENTI Essendo il banco prova della camera una struttura relativamente complicata dal punto di vista dell emissione sonora necessario valutare influenza che hanno i sistemi di raccordo e di tubazioni sul rumore complessivamente emesso Per poter fare questo dobbiamo conoscere la quantit di rumore emessa da ogni singola parte della struttura Questo significa ricavare la
77. ferica temperatura umidit ma richiedono di essere controllati periodicamente presso laboratori di taratura perch sono pi soggetti a derive 57e MISURE DI POTENZA SONORA Capitolo 5 MISURE DI POTENZA SONORA In questo capitolo vengono illustrati i concetti essenziali riguardanti l interpretazione fisica e i principi di misura della potenza e dell intensit sonora di fondamentale importanza per 1 analisi dei problemi affrontati nella presente tesi Tali tipi di misure sono in campo acustico le pi delicate e le pi difficili da eseguire ma stanno assumendo una grande importanza poich tale tecnica presenta svariati vantaggi rispetto alle tecniche tradizionali basate sulla misura della pressione sonora Verr fatto un breve richiamo di teoria approfondendo quanto detto nel capitolo 3 a cui seguir una parte pi applicativa sul tema della misura della potenza sonora Infine verranno illustrate le possibili applicazioni della tecnica intensimetrica mettendo in luce i vantaggi che offre rispetto adozione delle tecniche tradizionali basate sul rilievo della pressione sonora Il capitolo verr poi chiuso da un breve accenno alle pi recenti tecniche e strumentazioni per la misura dell intensit 5 1 Energia sonora e intensit La teoria dei campi sonori e le relative misure acustiche non hanno sempre progredito di pari passo col trascorrere degli anni Infatti sebbene gi dalla fine dell
78. ggi 26 POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI Le soluzioni costruttive adottate per la riduzione del rumore causato dalle oscillazioni di pressione sono varie In particolare in questo studio si vuol mostrare quanto realizzato dalla Casappa S p A sulle pompe denominate WHISPER M Si precisa comunque che quanto descritto in questo paragrafo non una trattazione completa della soluzione adottata dall azienda che per ovvi motivi non pu essere divulgata La ricerca portata avanti dalla Casappa S p A e culminata nella realizzazione delle pompe WHISPER ha avuto come obiettivo soprattutto la riduzione delle oscillazioni di pressione generate dal fluido intrappolato tra i denti delle ruote dentate nella zona di ingranamento come descritto nel paragrafo precedente La soluzione costruttiva adottata quella del doppio contatto La pompa WHISPER M si basa sul principio dello zero backlash ossia di un doppio contatto sui fianchi dei denti figura 2 15 Il volume di fluido intrappolato diviso e ridotto realizzando cos un aumento della frequenza delle pulsazioni di portata e pressione e una drastica riduzione della loro ampiezza causa principale del rumore La figura 2 16 mostra appunto la suddivisione del fluido intrappolato in due volumi pi piccoli Le pulsazioni di pressione generate dalla pompa WHISPER M hanno teoricamente una frequenza doppia rispetto a quelle che nascono nelle pompe standard e un ampiezza notevolmente minor
79. hiesti dalla norma in quanto il 78 DEFINIZIONE METODOLOGIE DI MISURA valore del coefficiente K2 risultato in tutte le bande di frequenza minore di 2 dB Essendo ben isolata dall ambiente esterno la differenza tra livello di potenza sonora misurata con sorgente in funzione e con sorgente disattivata non supera mai i 10 dB cos come richiesto dalla norma per il calcolo della potenza UNI EN ISO 9614 1 quindi pu essere utilizzata sia per la caratterizzazione acustica delle pompe con la tecnica intensimetrica sia per la caratterizzazione del rumore secondo la norma UNI EN ISO 3744 Figura 6 1 Una fase della caratterizzazione della camera anecoica 79 DEFINIZIONE METODOLOGIE DI MISURA Casappa CSA Fattore di correzione ambientale K2 K2 dB 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 13150 14000 5000 6300 8000 10k 2 2 dB 0 11 0 03 0 45 0 96 1 03 1 93 1 14 2 09 0 6 1 36 1 35 0 48 0 34 1 17 0 56 1 02 0 68 0 62 0 91 0 77 1 03 0 68 gt Frequenza Hz Figura6 2 Valori del fattore di correzione ambientale In tale camera presente un sistema di collegamento della pompa con il banco prova posto all esterno della camera che permette di regolare i parametri di funzionamento delle pompe velocit di rotazione
80. i in grado di analizzare il rumore in funzione della stessa La rappresentazione pi comune dei fenomeni acustici avviene come evoluzione della pressione sonora nel dominio del tempo tuttavia in molti casi pratici pi conveniente rappresentare tali fenomeni nel dominio della frequenza In questa rappresentazione il segnale viene espresso come funzione complessa della variabile reale frequenza che a livello di sensazione uditiva meglio correlabile all altezza del suono Per comprendere come si passi dal dominio del tempo al dominio delle frequenze si pu cominciare riprendendo alcuni concetti gi visti nel capitolo 2 con l esame dei segnali periodici cio dei segnali per cui vale la relazione 41 con T periodo del segnale e n numero intero 44 MISURE DI PRESSIONE SONORA Si pu dimostrare che ogni segnale appartenente a questa classe pu essere rappresentato come somma delle componenti sinusoidali e cosinusoidali di frequenza multipla della frequenza fondamentale f 1 T quindi k SO A4 Y 4e 1 con 1 7 2 ehi fOe di 4 3 e 2 1 2 44 dove i termini 4 vengono chiamati ampiezze delle armoniche di ordine n Tale procedimento viene definito come gi visto sviluppo in serie di Fourier Si pensi di estendere il dominio di integrazione da a le caratteristiche richieste al segnale non sono pi quelle di
81. i queste ultime bande di frequenza si possono notare le zone caratterizzate da una maggiore emissione individuate nelle aree occupate dai collettori di aspirazione e mandata su cui vanno ad innestarsi i tubi di collegamento della pompa e su cui si trovano tutti i sistemi di rubinetteria e regolazione Possono quindi essere considerati dopo la pompa i responsabili maggiori dell emissione sonora dell intero sistema L ultima parte della tesi dedicata alla ricerca di una correlazione tra livelli di potenza e livelli di pressione acustiche dalle misure effettuate si osservato che purtroppo non si riesce a ricavare una legge ben precisa nelle varie condizioni di prova che permetta di raggiungere questo obiettivo ma che si pu ottenere una stima della potenza con un errore di circa 4dB 31945 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 BIBLIOGRAFIA AA VV Il manuale di oleodinamica fondamenti e componenti Ed Mannesmann Rexroth Speich H Bucciarelli A Manuale di Oleodinamica principi componenti circuiti applicazioni 2002 Tecniche Nuove Editore Milano Paltrinieri F Studio teorico e sperimentale del funzionamento di macchine volumetriche ad ingranaggi esterni 2000 Tesi di Laurea Universit degli studi di Modena e Reggio Emilia Farina A Appunti delle lezioni Spagnolo Manuale di acustica applicata 2001 UTET Libreria Torino Casoli P
82. industriali e della ricerca quali quello meccanico Prima dell introduzione dell analisi in frequenza i segnali fisici venivano studiati solo in relazione al loro andamento nel tempo L analisi in frequenza si basa sull ipotesi dimostrabile che ogni segnale possa essere scomposto in una serie teoricamente anche infinita di seni coseni ognuno con una certa frequenza fase iniziale e ampiezza In questo modo lo studio del segnale si basa sul suo contenuto in frequenza ovvero sull ampiezza e la fase di ogni componente in frequenza in esso contenuta L analisi in frequenza trova applicazione in tantissimi settori industriali e della ricerca Si pensi allo studio dell inquinamento acustico prodotto da una catena di produzione industriale mediante lo studio delle frequenze sonore da essa prodotta si pu risalire ai componenti pi rumorosi e quindi intervenire solo su di essi Nel settore meccanico l analisi in frequenza fondamentale per la diagnostica dei sistemi meccanici si pu individuare un componente difettoso ad esempio un cuscinetto con pista danneggiata o un albero non bilanciato mediante l analisi in frequenza delle vibrazioni prodotte dal sistema stesso Nel settore oleodinamico l analisi in frequenza pu essere applicata allo studio dei fenomeni oscillatori della pressione Essi possono essere causati da elementi estranei al circuito vero e proprio ma meccanicamente vincolati ad esso oppure da uno dei suoi componenti In gene
83. istici quali la media la varianza densit di probabilit di livelli Tra le pi importanti propriet di un segnale stazionario vi quella che permette di effettuare la media temporale su intervalli di tempo diversi pur giungendo a risultati aventi la stessa validit quindi possibile effettuare un analisi in frequenza sequenziale ad esempio con filtri che variano la frequenza centrale della banda passante analizzando un diverso segmento temporale del segnale segnali non stazionari si dividono in continui cio segnali che sono diversi da zero per tutti i valori della variabile tempo e transitori cio segnali che partono dal valore zero in un determinato istante e che ritornano a zero in un altro istante successivo segnali non stazionari continui possono essere analizzati solo per intervalli finiti e le medie che si ottengono valgono solamente per il segmento considerato lo segnali non stazionari transitori devono essere analizzati per tutta la loro durata In entrambi i casi l analisi in frequenza deve essere effettuata mentre il segnale o il segmento temporale esiste il tempo in cui avviene analisi critico e l analisi viene detta in tempo reale Poich le tecniche di analisi del segnale si basano sulla conversione del segnale analogico in un segnale campionato digitale il segnale che si va ad analizzare matematicamente non continuo bens discreto Il segnale viene campionato ad una certa frequenza
84. it valore dell intensit in dB alla frequenza selezionata Avendo realizzato una tabella di questo genere poi agevole importare i dati nel programma di elaborazione della mappa intensimetrica Ovviamente per poter ottenere risultati validi e non ambigui bisogna definire una convenzione nella procedura di misurazione per questo si deciso di proseguire dall angolo in basso a destra di ogni griglia di misurazione e di proseguire orizzontalmente fino alla fine di ogni riga Per maggiore chiarezza viene riportato in figura un esempio di distribuzione dei punti di misurazione Figura 6 9 Esempio della convenzione adottata nella numerazione dei punti di misura Per il calcolo della potenza e della pressione sonore si sono applicate le formule previste dalla teoria di base dell acustica nonch i calcoli previsti dalle normative di riferimento Lo schema di calcolo della potenza utilizzato nel presente foglio pu essere cos riassunto In ogni punto possibile estrarre lo spettro dell intensit e quindi i valori in dB per il calcolo dello spettro di potenza si devono quindi effettuare alcuni importanti passaggi Innanzitutto si deve trasformare intensit in W m operazione che pu essere eseguita invertendo la formula che d il valore in dB 90 DEFINIZIONE METODOLOGIE DI MISURA 1 1 1 1019 6 4 dove L il livello di intensit in dB e Zg il livello di riferimento
85. l file condizioni di calibrazione ecc e una seconda parte che costituisce la parte fondamentale che riporta in modo ordinato sottoforma di tabella i valori di pressione P velocit V intensit reattiva J e intensit attiva per ogni punto di misura e per ogni frequenza In Excel quindi sufficiente importare tale foglio di dati in formato txt tramite il comando Importa dati esterni dal menu a tendina DATI nel foglio ACQUISIZIONE Per la preparazione della griglia necessaria alla creazione della mappa di colore stato necessario costruire una macro in Visual Basic VBA in cui si possono immettere le informazioni necessarie alla definizione della mappa le dimensioni della griglia di misurazione la banda di frequenza che si vuole analizzare e il tipo di analisi che si realizzato in bande di ottava o in bande di 1 3 di ottava Il ragionamento che sta alla base di tale macro e riassumibile nel seguente modo Nel foglio DATI si inseriscono il passo orizzontale e verticale della griglia di misura spaziatura orizzontale e verticale le lunghezze degli assi lunghezza asse x e y la frequenza che si intendere analizzare il numero di righe e colonne Premendo sul pulsante Calcola verranno riempite le colonne del foglio DATI con e punti numerazione dei punti di misurazione e data x ascisse dei punti e data y ordinate dei punti _ 89 DEFINIZIONE METODOLOGIE DI MISURA e Intens
86. l nome anti rumore in quanto la loro azione riducendo i problemi appena decritti aumenta notevolmente la silenziosit di funzionamento della pompa Dalle considerazioni fatte risulta critico l aspetto dell ottimizzazione della geometria degli scarichi la definizione della loro forma nonch del posizionamento relativo rispetto all ingranaggio ottenuta da un compromesso di diverse esigenze POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI 2 6 Il fenomeno del pressure ripple Poich vengono trasferiti dei volumi isolati di fluido la portata istantanea e quindi la pressione hanno un andamento discontinuo come mostrato in figura 2 12 7 Diagramma della portata istantanea 6 27 Figura 2 12 Portate istantanee di pompe ingranaggi al variare del numero di denti Il valore Z 1 si riferisce ad una pompa a pistoni In particolare si osserva che al crescere del numero dei denti Z degli ingranaggi l oscillazione della portata attorno al valor medio diminuisce come indicato anche dal grado di irregolarit calcolato come max min 0 2 5 L utilizzo di un numero di denti elevato quindi un primo provvedimento prendere in considerazione se si vuole ridurre l intensit delle oscillazioni di pressione Si consideri ora una pompa con ingranaggi aventi un numero di denti e rotante ad una certa velocit misurata
87. lavoro un determinato volume di fluido tra due ambienti isolati tra di loro gt macchine a palette rotative costituite solitamente da un rotore dotato di cavit radiali all interno delle quali sono alloggiate delle palette rettangolari Le palette durante la rotazione vengono spinte all esterno dalla forza centrifuga o da apposite molle e vanno ad aderire al profilo interno del corpo in questo modo il volume di fluido intrappolato tra due palette consecutive il rotore ed il corpo viene trasferito tra i due ambienti gt macchine ad ingranaggi rotative costituite da una coppia di ruote dentate in presa che ruotano all interno di un corpo che le contiene Il volume di fluido che viene trasferito quello che nella rotazione delle ruote rimane intrappolato tra due denti consecutivi e il corpo della pompa POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI Infine le macchine volumetriche possono essere classificate in base alla cilindrata ossia in base al volume massimo di fluido elaborato in un giro la quale pu essere fissa o variabile In una macchina volumetrica la cilindrata dipende dalla geometria della pompa e dalle sue dimensioni e nel caso di cilindrata fissa non pu essere variata e quindi la portata erogata pu cambiare solo modificando il numero dei giri AI contrario nel caso di cilindrata variabile possibile variare la cilindrata della macchina e quindi anche l uscita volumetrica a giri costanti Da questa sintetica pr
88. lla misura comunque bisogna seguire una precisa norma UNI EN ISO 9614 che verr analizzata in seguito che tra le atre cose definisce la distanza minima alla quale porsi dalla sorgente 5 2 Determinazione della potenza sonora Per la misura della potenza sonora esistono numerose normative ISO peraltro gi recepite anche dalle normative UNI Le misure di questa grandezza si possono dividere in quattro grandi famiglie e Misure camera riverberante e Misure campo libero camera anecoica e Misure in situ e Misure intensimetriche Le misure in camera riverberante vengono eseguite in ambienti normalizzati Possono dividersi in misure da laboratorio e misure ingegneristiche Per le misure da laboratorio le norme prescrivono delle misure molto severe 63 MISURE DI POTENZA SONORA sulle caratteristiche della camera di prova microfoni possono essere posizionati in punti fissi oppure si pu utilizzare la tecnica del microfono mobile a velocit costante lungo tutto il perimetro di una qualunque figura geometrica che contenga la sorgente in prova Si possono utilizzare due metodi di calcolo e Metodo diretto e Metodo indiretto Anche per le misure in campo libero si pu fare la distinzione tra misure da laboratorio e misure ingegneristiche in tutti e due i casi la misura si basa sull equazione che lega l intensit acustica al quadrato della pressione acustica 2 pe Le prove da laboratorio vengono eseguite in c
89. loro Tuttavia anche questa categoria dei suoni periodici rappresenta una fetta abbastanza ristretta dei casi pratici con cui fto 2lo F T l f si avr a che fare Figura 3 3 Onda periodica Nella maggior parte della situazioni pratiche si avr a che fare con suoni che non sono n toni puri n suoni periodici Presenteranno quindi un andamento irregolare nel tempo e sono caratterizzati da un numero anche molto grande di frequenze casuali variabili nel tempo Figura 3 4 Onda casuale 34 CONCETTI INTRODUTTIVI ACUSTICA Per questo in seguito verr analizzata l analisi in frequenza dei segnali in quanto ritorna utile in fase di studio di tutti i fenomeni oscillatori in particolare per i fenomeni acustici poich i risultati sono di immediata applicazione e pi intuitivi Il fenomeno di propagazione del suono avviene in un certo tempo quindi possibile definire una velocit del suono c Si pu dimostrare che in generale tale velocit vale v 3 4 dove E N m il modulo di elasticit del mezzo p kg m la densit del mezzo Si pu notare che tale velocit dipende esclusivamente dal mezzo e dalle sue condizioni termodinamiche ed indipendente dall ampiezza dell oscillazione e dalla sua frequenza Per aria esistono delle formule approssimate e comunque la velocit si pu considerare praticamente costante e a 34
90. menti Un grande ringraziamento va alla mia famiglia mio pap mia mamma e mio fratello per avermi permesso di continuare gli studi e per aver creduto in me in tutti i momenti importanti e che mi hanno permesso di diventare quello che sono saranno finalmente contenti e soddisfatti di vedermi laureato Ringrazio tutti i miei amici sia quelli infanzia che raccolti in questi anni di universit in particolare e mi scusino quelli che non cito Giangio Romina Francesca Some Ghino Grazie penso che senza di voi non avrei potuto reggere questi anni di universit Ora vengono i ringraziamenti sentiti per la realizzazione della tesi Innanzitutto vorrei ringraziare l azienda Casappa S p a che ha messo a mia completa disposizione tutti gli strumenti necessari per le prove sperimentali Un ringraziamento particolare va all Ing Pietro Dardani che mi ha seguito e spronato in tutte le fasi della tesi che si reso estremamente disponibile nei momenti in cui mi servivano delucidazioni e che mi ha con mia grande soddisfazione coinvolto in spiegazioni anche non inerenti la tesi ma sicuramente interessanti e utili per la mia cultura personale Devo ringraziare i tecnici del laboratorio che mi hanno aiutato nelle fasi pratiche di attrezzaggio del banco della camera anecoica e che hanno sopportato le mie continue richieste di aiuto per il montaggio o la scelta dei componenti facendomi risparmiare tempo prezioso Devo ringraziare anche chi mi h
91. mento La determinazione della potenza sonora mediante la tecnica intensimetrica oggi regolamentata dalla norma ISO 9614 Essa si compone di due parti distinte parte 1 e parte 2 che si differenziano nel metodo indicato per approssimare l integrale di superficie dell intensit La parte 1 riporta la procedura di campionamento dell intensit in punti discreti della superficie La parte 2 prevede di acquisire il segnale intensimetrico mentre si effettua una scansione uniforme di tutta la superficie di inviluppo con la sonda disposta perpendicolarmente alla superficie stessa e hr Figura 5 4 Campionamento per scansione e per punti discreti La misura per punti discreti risulta pi adatta alle applicazioni classiche delle misure intensimetriche cio quelle di individuazione delle sorgenti di rumore mediante la stesura di mappe intensimetriche in cui si evidenziano i punti in cui si ha maggiore emissione La misura eseguita per scansione della superficie di integrazione oltre a essere la pi semplice e pi rapida da eseguire permette di ottenere una maggiore precisione nel calcolo della potenza sonora emessa dalla sorgente all interno della superficie di misura Senza entrare troppo nei particolari della norma ci si limita a citarne i passaggi principali relativi al campo di applicabilit al suo scopo alle condizioni di misura e alla misurazione della potenza sonora
92. mo vedere un esploso di una pompa ad ingranaggi che illustra i principali componenti appena descritti e la loro posizione coperchio posteriore rasamento anteriore z ingranaggio motore corpo rasamento posteriore ingranaggio condotto coperchio anteriore Figura 2 4 Esploso di una pompa a ingranaggi esterni Il funzionamento della macchina pu essere suddiviso in tre fasi principali figura 2 5 a partire dalla zona di ingranamento si osserva come i due denti in presa iniziano a staccarsi mettendo cos a disposizione del fluido un volume che aumenta progressivamente richiamando olio dall aspirazione che riempie completamente il vano compreso tra i due denti consecutivi e il corpo pompa 1 Proseguendo poi nella rotazione il vano si isola dalla zona di aspirazione e comincia il moto periferico verso la mandata attraverso il cosiddetto arco di tenuta ossia che separa i due ambienti a diversa pressione 2 Durante questo percorso la pressione all interno del vano aumenta per effetto delle portate di fuga dovute alla differenza di pressione tra mandata e aspirazione Una volta giunto alla mandata il vano tende a diminuire di volume poich il 5185 POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI primo dente che lo delimita inizia ad ingranare con il corrispettivo dell altra ruota in questo modo il fluido spinto fuori dal vano e viene inviato al circuito di utilizzzazione 3
93. mpa il livello di rumorosit a 2500 Hz aumenta sempre pi la sua intensit e si riesce a distingure meglio dai livelli adiacenti che comunque non perdono di rilievo nella caratterizzazione complessiva della pompa Negli spettri riportato anche l andamento dello spettro di potenza filtrato con pesatura A essendo una semplice sottrazione l andamento dello spettro non ne risente ne risentono comunque i valori dei livelli alle varie frequenze in quanto la pesatura A ha proprio il compito di poter approssimare al meglio la sensazione uditiva umana per questo alle basse frequenze si hanno livelli pi bassi che alle medie e alte frequenze Osservando proprio gli spettri di potenza pesati si pu confermare l ipotesi fatta nel paragrafo precedente si pu notare una diminuzione delle componenti della frequenza alle alte frequenze mentre assumono maggiore importanza le componenti alle medie e alte frequenze 7 1 3 Analisi delle singole faccie Lo stesso procedimento adottato per l intera pompa pu essere esteso all analisi del rumore prodotto su ogni singola faccia della griglia di misurazione In particolare si possono tracciare gli spettri di potenza sonora per ogni faccia giungendo ad alcuni importanti risultati Nel seguito verranno analizzati alcuni casi particolarmente rilevanti e che possono essere rappresentativi anche degli altri casi Per analizzare il rumore emesso dalle varie facce conviene confrontare tra loro fac
94. n precedenza Partiamo sempre dal confronto tra zona di aspirazione e zona di mandata 103 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE WSP20 1480 rpm Confronto Aspirazione Mandata 68 0 T 66 0 5 li cc gt 64 0 2 62 0 20 bar 100 bar 180 bar Aspirazione 67 0 66 3 67 7 E Mandata 64 7 64 8 65 6 Pressione bar Figura 7 17 Confronto tra aspirazione e mandata per la pompa PL20 Anche in questo caso possibile osservare che la zona di aspirazione caratterizzata da un livello di potenza sonora pi alto anche se la differenza tra i livelli meno marcato del caso della pompa PL WSP20 1480 rpm Confronto Sopra Sotto 64 0 63 5 I 5 63 0 62 5 620 61 5 20 bar 100 bar 180 bar Sopra 62 4 62 5 62 8 E Sotto 62 9 63 6 63 5 Pressione bar Figura 7 18 Confronto tra la superficie superiore e superficie inferiore per la pompa PL20 Confrontando le superfici superiore e inferiore si osserva che pur non avendo livelli di potenza uguali si possono considerare comunque come se emettessero allo stesso modo 104 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE WSP20 1480 rpm Lato Frontale 67 0 66 5 5 66 0 gt 65 5 65 0 20 bar 100 bar 180 bar Lato Frontale 65 7 65 7 66 7 Pressione bar Figura 7 19 Livelli complessivi
95. na volta elaborato nei filtri il segnale viene amplificato e trasmesso a un registratore uscita AC o a un rilevatore di valore efficace medio che permette di ottenere il valore quadratico medio della grandezza Il segnale viene ora rettificato in un raddrizzatore blocco RMS in modo da ottenere il suo valore efficace tramite una costante di tempo esponenziale Infine il risultato viene visualizzato sul display Molti fonometri permettono poi l utilizzo di filtri esterni sequenziali 554 MISURE DI PRESSIONE SONORA La ponderazione in frequenza serve a selezionare o meglio ad aumentare l importanza relativa di una parte dello spettro di frequenza sulla formazione di un valore indicato che complessivo e rappresenta quindi la somma dell energia a tutte le frequenze Le curve di ponderazione normalmente disponibili in un fonometro sono A di uso generale per valutare il livello di disturbo o di pericolosit del rumore presente su tutti gli strumenti attenua le frequenze basse ed in misura minore quelle alte B attenua poco le frequenze basse ormai obsoleta e non verr presa in considerazione nelle nuove norme C attenua entrambi gli estremi della gamma di frequenze ma in modo meno accentuato della curva A D utilizzata per la misura del rumore di aeromobili Lin condizione in cui la ponderazione in frequenza esclusa in questo caso la banda passante dipende dal modello di fonometro i dati mis
96. naria in quadratura con essa Il flusso istantaneo dell intensit risulta quindi somma di due vettori distinti un vettore definito dal prodotto tra la pressione sonora e la componente di velocit in fase con essa chiamato intensit istantanea attiva e l altro espresso dal prodotto tra la pressione sonora istantanea e la componente di velocit in quadratura con essa chiamato intensit reattiva 7 Analiticamente IF I F 6 I F 1 54 dove nie Ti _ 1 I F 6 Vo Pf 0 5 5 2 LED VD 2 0 oppure in forma pi compatta Ref ee 57 Il vettore complesso indipendente dal tempo CF viene chiamato vettore intensit complessa 1 1 D V Vp I FA L F 7 o du z af 1 1 58 La sua parte reale non altro che la componente medio temporale del vettore intensit attiva istantanea mentre la sua parte immaginaria l ampiezza del vettore intensit reattiva istantanea Da questi ultimi concetti appena introdotti si possono dedurre interessanti propriet dei due vettori energetici intensit istantanea attiva e intensit istantanea reattiva 60 MISURE DI POTENZA SONORA Il vettore intensit istantanea attiva varia con frequenza doppia rispetto alla frequenza dell onda sonora Il vettore che si ottiene facendo una media temporale indicato come intensit sonora un vett
97. ne dalla prima Le pompe ad ingranaggi esterni possono essere dotate di ruote a denti diritti elicoidali o a spina di pesce le ultime due tipologie offrono tipicamente un flusso pi dolce ma a causa delle spinte assiali non bilanciate generate nel moto delle ruote hanno un utilizzo piuttosto raro Le macchine con ruote aventi dentatura con profilo ad evolvente sono largamente impiegate a causa della ridotta sensibilit a piccole variazioni di interasse inoltre le ruote dentate presentano un basso numero di denti molto sottotagliati Queste caratteristiche sono diffuse nelle pompe e motori ad ingranaggi il cui scopo quello di movimentare un fluido e non di trasmettere il moto ad organi esterni principali componenti di una pompa ad ingranaggi esterni sono il corpo che alloggia due ruote dentate condotta e motrice e costituisce la tenuta in senso 12 POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI radiale al riflusso dell olio dalla mandata all aspirazione le due ruote due coperchi uno anteriore e uno posteriore ed infine due rasamenti che hanno il compito di garantire la tenuta della pressione in senso assiale e di alloggiare le boccole teflonate che costituiscono i cuscinetti a sostentamento fluidodinamico per gli alberi degli ingranaggi Sono poi sempre presenti guarnizioni di tenuta O ring e anelli antiestrusione e le viti di serraggio che permettono di fissare al corpo i due coperchi e quindi di chiudere la pompa In figura 2 4 possia
98. nizione analoga alla precedente 1 L 0 3 17 dove intensit di riferimento presa pari a 10 W m LIVELLO DI POTENZA SONORA Analogamente a quanto si appena visto per la pressione intensit si pu definire il livello di potenza sonora come W dove la potenza di riferimento W assunta per convenzione pari a 101 W 1 pW 41 MISURE DI PRESSIONE SONORA Capitolo 4 MISURE DI PRESSIONE SONORA Quello delle misure acustiche un argomento molto vasto come altrettanto ampia la gamma di trasduttori strumenti e delle apparecchiature di cui ci si pu avvalere In questo capitolo verranno quindi analizzati i principali tipi di strumenti metodologie e problematiche inerenti lo studio effettuato nella tesi Sintetizzando al massimo si pu dire che qualunque misura acustica pu essere ricondotta alla determinazione della pressione sonora Poi naturalmente interessa determinare anche frequenza fase distribuzioni spaziali e temporali ecc ma quello che agisce effettivamente sulla membrana timpanica o sul trasduttore di un microfono la pressione sonora Questo naturalmente vale per i suoni che si propagano in un fluido Estendendo il discorso anche ai solidi si ricade nel campo delle vibrazioni e ovviamente acquistano maggiore importanza la velocit e accelerazione Questo per esula dalla nostra trattazione e i relativi metodi di misura e trasduttori non verranno analizzati Prim
99. no uguali mentre la portata varia in base alla larghezza di fascia degli ingranaggi vedi figura 2 20 PL30 PL10 PL20 Figura 2 20 Schema delle cilindrate dei diversi tipi di pompe In ciascun gruppo possono essere distinte inoltre le pompe di tipo unidirezionale in cui le bocche di aspirazione e mandata sono fissate a priori da quelle di tipo reversibile in cui il senso di rotazione pu essere invertito Le pompe sono convenzionalmente indicate con una sigla formata dal prefisso PL abbreviazione di Polaris dal numero del gruppo e dalla cilindrata in cms3 giro ad esempio PL20 10 Le pompe ad ingranaggi esterni considerate sono utilizzate in diverse applicazioni ingegneristiche quali il settore agricolo delle macchine movimento terra il settore dei trasporti interni alle aziende ad esempio i carrelli elevatori ed il settore dei veicoli industriali Come gru e macchine per il sollevamento carichi 31 CONCETTI INTRODUTTIVI ACUSTICA Capitolo 3 CONCETTI INTRODUTTIVI ACUSTICA 3 1 Il suono Il suono un fenomeno meccanico di trasporto energetico caratterizzato dalla propagazione di onde di pressione in un mezzo dovute alla rapida successione di espansioni e compressioni del mezzo stesso Affinch il fenomeno avvenga necessaria la presenza di una sorgente e di un mezzo 11 mezzo deve avere elasticit e massa uniformemente distribuite si dice perci che deve essere elastico e massivo La sorgente costitui
100. o calcolabile sempre allo stesso modo visto per la pompa PL20 In questo caso sino alla pressione di 100 bar il livello di potenza emesso dalla sola pompa supera quello emesso dall intero sistema Pu essere fatto lo stesso ragionamento fatto nel paragrafo precedente ma non pi possibile ricavare la potenza sonora emessa dal solo sistema di collettori e tubazioni per tutte le pressioni di esercizio Quindi non possibile estrapolare i dati per ottenere un andamento qualitativo della differenza di livelli o comunque della potenza sonora emessa 120 POTENZA SONORA EMESSA DAL SISTEMA E INDIVIDUAZIONE DELLE SORGENTI Livello complessivo di potenza sonora Complessivo WSP20 20 bar Pompa WSP20 20 bar 65 0 60 0 55 0 50 0 45 0 40 0 o o vuo o o o o o ooo o ooo ooo o ooo no vuo o oo o N 0 0 OO vu CC TN MIT O Frequenza Hz Figura 8 10 Spettri di potenza sonora emessa dalla pompa WSP 20 e dall intero sistema alla pressione di esercizio di 20 bar Livello complessivo di potenza sonora Complessivo WSP20 100 bar Pompa WSP20 100 bar 70 0 65 0 60 0 55 0 50 0 45 0 40 0 Livello di potenza sonora dB Frequenza Hz Figura 8 11 Spettri di potenza sonora emessa dalla pompa WSP 20 e dall intero sistema alla pressione di esercizio di 100
101. o e di questo si voglia ottenere anche la scomposizione in frequenza una rappresentazione in due dimensioni non pi sufficiente in quanto bisogna mostrare la combinazione frequenza tempo livello Un efficiente modo di visualizzazione a tre dimensioni dato dallo spettrogramma o dal sonogramma In essi viene rappresentato sull asse orizzontale il tempo su quello verticale la frequenza e secondo una scala cromatica il livello di rumorosit Per comprendere meglio l interpretazione di un sonogramma si pu immaginare quest ultimo come la proiezione su un piano del pi classico diagramma tridimensionale frequenza tempo livello In figura si pu vedere un diagramma tridimensionale visto in assonometria rappresentazione Waterfall abbinato al corrispondente sonogramma a colori Dalla figura 5 7 possibile vedere come nella rappresentazione classica si pu incorrere nell effetto di mascheramento grafico cio gli spettri di livello pi basso sono nascosti dagli spettri con livello pi alto che si trovano davanti e come invece nel sonogramma questo effetto non si verifichi Figura 5 7 Sonogramma e diagramma di Waterfall 5 8 La mappatura acustica Tutti i problemi di controllo del rumore sono prima di tutto un problema di localizzazione e di identificazione della sorgente Le classiche misure fonometriche mirate alla caratterizzazione di un prodotto o di un macchinario non consentono un analisi
102. onoro reattivo Secondo tale modello una parte dell energia che accompagna un qualunque fenomeno sonoro si propaga nelle zone lontane dalla sorgente campo attivo e una parte localmente oscilla attorno a ciascun punto non contribuendo al flusso netto dell energia campo reattivo In questo schema grandezza energetica fondamentale intensit acustica istantanea definita come gi visto come prodotto tra pressione sonora istantanea e vettore velocit istantanea delle particelle 1 F 1 p 1 T 7 1 5 1 questa grandezza vettoriale fornisce in ogni punto del campo una stima dell ampiezza e della direzione del flusso istantaneo dell energia meccanica totale per unit di area associata al fenomeno ondulatorio Si consideri un campo armonico monocromatico ad una sola frequenza la pressione sonora istantanea in un qualunque punto espressa in notazione complessa dalla seguente relazione 7 p t p r e 5 2 _ 59 MISURE DI POTENZA SONORA dove p sono rispettivamente l ampiezza e la fase della pressione sonora entrambe dipendenti solo dalla variabile spaziale La velocit istantanea delle particelle nello stesso punto si pu ricavare dall equazione di Eulero equazione del momento e risulta 1 2 1 IVP 0 questa espressione complessa scomponibile in una parte reale fase con la pressione sonora e in una parte immagi
103. ore non nullo che rappresenta in ogni punto del campo il flusso netto di energia Esso ha direzione sempre perpendicolare ai fronti onda dell onda acustica in quanto proporzionale al gradiente della fase della pressione sonora Il vettore intensit istantanea reattiva varia anch esso con una frequenza doppia rispetto alla frequenza dell onda sonora ma il suo valore medio temporale risulta uguale a zero in ogni punto del campo Di conseguenza il suo contributo al trasferimento netto di energia nullo Da queste osservazioni si deduce che il vettore intensit istantanea attiva rappresenta quella parte di energia che fluisce lontano dalla sorgente mentre il vettore intensit istantanea reattiva rappresenta quella parte di energia che oscilla localmente attorno a ciascun punto del campo Per chiarire le idee sul significato fisico dell intensit attiva e reattiva si pu considerare come esempio la propagazione di onde armoniche monocromatiche in un tubo al variare del tipo di terminazione Si consideri allora la propagazione di onde armoniche monocromatiche generate dal movimento di un pistone in un tubo con terminazione perfettamente assorbente In queste condizioni l andamento istantaneo della pressione sonora fig a Il campo sonoro risultante completamente attivo cio il vettore intensit istantanea in ogni punto coincide con la componente di intensit istantanea attiva La sua ampiezza sempre positiva
104. ottocento si trovi una trattazione dettagliata sull intensit acustica e sui processi di trasferimento dell energia acustica dovuta alle pubblicazioni di Lord Rayleigh che si pu considerare il padre dell acustica moderna sono dovuti passare altri cento anni prima che evoluzione delle tecniche digitali di 58 MISURE DI POTENZA SONORA elaborazione dei segnali permettessero la messa a punto di metodi sperimentali in grado di misurare questa grandezza energetica Il primo dispositivo in grado di misurare l intensit acustica venne brevettato nel 1932 da H F Olson e permetteva di eseguire misure solo in condizioni ideali Nonostante svariati tentativi nessuno strumento commerciale di particolare importanza venne prodotto Solo nel 1977 quando le tecniche digitali di elaborazione dei segnali vennero applicate alla teoria da F J Fahy e J Y Chung con l evoluzione dello sviluppo dei microfoni diventato possibile effettuare misure intensit mediante la tecnica dei due microfoni Da quel momento in poi la tecnica andata sviluppandosi permettendo ai teorici in acustica di misurare e visualizzare delle grandezze che precedentemente potevano essere spiegate solo matematicamente e che si rivelarono molto efficaci in numerose applicazioni nel campo acustico Lo schema interpretativo su cui sono stati sviluppati i sistemi di misura dell intensit legato ai due concetti di campo sonoro attivo e campo s
105. petto all oltre 90 delle pompe a stantuffi Il fenomeno descritto in precedenza non influenza solo il rendimento globale della macchina ma anche ovviamente la portata erogata da quest ultima al 14 POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI variare delle condizioni operative Infatti mentre la portata teorica pu esprimersi con la seguente relazione V N 2 1 Portata teorica erogata dalla pompa V cilindrata geometrica della pompa n velocit di rotazione della pompa La portata reale della macchina sar Daria Q juga 2 2 portata realmente erogata dalla pompa Ofiga portata di fuga proporzionale al 4p Il rendimento volumetrico sar quindi dato da Q eate lyme vi 2 i 3 Si osserva come la portata cresca linearmente con la velocit di rotazione della pompa e nel piano Ap portata nel quale si soliti rappresentare le curve caratteristiche della macchina la portata teorica una retta parallela alasse delle ordinate mentre la portata reale una curva che diminuisce al crescere del Ap come illustrato nella figura 1 6 a b Figura 2 6 Curve caratteristiche ideale e reale Le velocit di rotazione ammissibili per una pompa ad ingranaggi esterni sono limitate dalla necessit di garantire una buona regolarit e continuit di funzionamento solitamente si rimane in un campo di velocit compreso tra 500 e 3000 rpm al fine di ot
106. pm 20 bar L aspetto fondamentale che appare che le armoniche pi intense sono quelle a frequenze pi alte rispetto alla fondamentale e che l intensit delle stesse decade rapidamente una volta superato il picco La conseguenza logica di tale annotazione che gran parte dell energia di rumore emessa dalle pompe concentrata in poche delle pi forti armoniche dello spettro Sfortuna vuole che gran parte di queste armoniche cadano in frequenze in cui l orecchio riesce a percepire meglio le emissioni sonore come possibile notare utilizzando spettri pesati A linea continua nella figura 1 9 Non possibile ridurre l intensit sonora globale di una pompa se non vengono attenuate le componenti fondamentali delle emissioni sonore Per questa ragione gran parte del lavoro di ricerca sull air borne noise riservata all identificazione delle sorgenti di emissione sonora che possano dar luogo a queste armoniche Le due variabili operative che influenzano in maniera consistente il rumore aereo sono la velocit di rotazione della pompa e la pressione di lavoro Una velocit di rotazione maggiore e o una pressione di lavoro pi alta aumentano il livello di air borne noise prodotto dalla pompa Dallo studio dello sviluppo in serie di Fourier delle forze e dei momenti presenti all interno di una pompa possibile individuare le forzanti che sono alla base dell air borne noise e notare che l intensit di queste ultime tende a diminuire
107. poi verranno analizzati gli spettri e infine verranno proposte le mappe intensimetriche corredate dei valori di potenza emessa per poter individuare le zone di maggior emissione della pompa 92 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE 7 1 Pompa PL20 7 1 1 Livelli complessivi di potenza Per ogni pressione di esercizio si sono ricavati i livelli complessivi di potenza sonora sia in lineare che con pesatura A PL20 1480 rpm 82 0 Lw dB 70 0 20 100 bar 180 bar Lw 73 1 76 5 80 0 8 72 5 75 8 77 8 Pressioni bar Figura 7 1 Valori complessivi di potenza sonora in dB e in dBA Si pu da subito osservare che la potenza emessa in valori dB non pesati ha andamento lineare al variare della pressione di esercizio Per quanto riguarda i valori pesati A si nota una leggera flessione alle alte pressioni questo pu essere spiegato considerando che la curva di pesatura A approssimando meglio la percezione uditiva umana tende a considerare meno rilevanti le basse frequenze Per questo motivo la flessione alla pressione di 180 bar pu essere dovuta a una diminuzione delle componenti alle alte frequenze Queste ipotesi possono essere subito confermate ricorrendo all analisi degli spettri di potenza sonora 7 1 2 Spettri di potenza sonora Per ogni pressione di esercizio si riportano gli spettri di potenza in bande di t
108. portare al malfunzionamento o alla rottura prematura dei componenti Consideriamo la prova di un pompa a 12 denti effettuata a 1500 rmp e 150 bar Per la frequenza principale ci si aspetta un valore di 300 Hz fnana 500 12 60 dal grafico si nota che armonica di ampiezza maggiore proprio quella corrispondente a questa frequenza 25 POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI 1500 rpm 150 bar Amplitude rms K w b un n si 1500 2000 Frequency Hz 2500 Figura 2 13 Spettro del pressure ripple a 1500 rpm e 150 bar La figura 2 14 mostra una parte dell acquisizione temporale relativa all analisi di figura 2 13 si pu osservare come l andamento della pressione sia ben diverso da quello teorico figura 2 7 le differenze sono dovute proprio alla somma di tutti i fenomeni appena descritti 1500 rpm 150 bar Amplitude bar rms 1 0 01 1 0 015 0 02 Time 5 0 03 0 025 0 035 0 04 Figura 2 14 Andamento del pressure ripple a 1500 rpm e 150 bar interessante notare che nell intervallo di tempo di 0 04 secondi si possano contare 12 picchi positivi di pressione figura 2 14 infatti in 0 04 secondi l albero della pompa compie esattamente un giro 60 1500 rpm 0 04 s e il numero dei picchi coincide con il numero di denti degli ingrana
109. previsto dalla norma UNI EN ISO 9614 1 di 1 5dB che sempre presente nelle misurazioni intensimetriche se tali errrori si dovessero sommare si potrebbe gi comprendere un errore di 3dB In secondo luogo si deve considerare che la distanza dalla sorgente in media sui 30 40 cm quindi si possono verificare fenomeni locali di ricircolo dell intensit sonora e quindi dell energia particolarmente sentiti nell intorno della sorgente pompa che possono influenzare la misura della potenza emessa Si potrebbe poi ipotizzare la presenza di zone di assorbimento acustico dovute alla geometria dell ambiente di prova Alla luce di questi risultati si pu affermare che il sistema di collettori e tubazioni non arrivi a contribuire significativamente alla potenza sonora emessa dall intero sistema ma che comunque aumentare della pressione di esercizio aumenti comunque l emissione La relazione 8 1 quindi non pu essere utilizzata per il calcolo della potenza sonora emessa dai collettori e dalle tubazioni alla pressione di lavoro di 20 bar e si considerer una differenza di zero dB Si possono riportare in una tabella i valori ottenuti 6 0 o 5 4 0 g 5 2 0 g A 0 0 20 0 100 0 180 0 Differenza 0 0 3 6 3 8 Pressione bar Figura 8 2 Differenza tra i livelli di potenza emessa dal sistema e dalla singola pompa Si pu quindi concludere che alla pres
110. quanto minore la lunghezza onda del rumore analizzato come possibile intuire dalla seguente figura 5 3 0 2 Reactivity index e e z Microphone spacing r WWL 7 vr n 5 mm 174 de 10 28 12 mm 1 4 12 mm u2 Ci 172 i bp 40 63 80 125 200 800 126k 2 5 For an accuracy 1 d8 Figura 5 3 Diversi tipi di intensimetri standardizzati in funzione dei diversi range di frequenze da analizzare sempre consigliabile utilizzare intensimetri standardizzati poich in caso contrario necessario provvedere all accoppiamento dei due microfoni Infatti i microfoni non sono perfettamente uguali e presentano una differente sensibilit ed una diversa risposta in fase saranno quindi mal accoppiati in fase Se due segnali sono tra loro sfasati si legge una differenza che diversa da zero anche quando anche quando si sta dando lo stesso segnale ai due microfoni di conseguenza l unica soluzione quella di acquistare due microfoni gi accoppiati in fase ossia un intensimetro standard Riprendendo la trattazione la velocit sar quindi data da l dt al me 5 15 Il calcolo dell intensit viene quindi effettuato moltiplicando tra loro i valori della pressione media e della velocit media 5 16 quindi __Pau Pg e 5 17 69 MISURE DI POTENZA SONORA 5 4 La normativa di riferi
111. r cui uno stesso calibratore pu essere utilizzato per diversi fonometri calibratori sono in genere di due tipi e meccanici pistonofoni e elettroacustici o elettrodinamici calibratori calibratori meccanici operano in genere a una sola frequenza al di sotto dei 400 Hz Sono costituiti da una cavit detta accoppiatore in cui viene alloggiato il microfono e in cui viene prodotta una variazione di pressione per mezzo di uno o pi pistoni che si muovono con legge sinusoidale pistonofoni lavorano bene alle basse frequenze fino a circa 250 Hz Essi presentano il vantaggio di essere poco sensibili alle derive nel tempo non essendoci componenti elettronici Va segnalato che i calibratori elettromeccanici sono solitamente 56 MISURE DI PRESSIONE SONORA limitati ad un intervallo dei parametri ambientali pi ristretto rispetto ai calibratori elettrodinamici L incertezza nella calibrazione dipende principalmente dalle condizione di pressione atmosferica all istante della prova il livello dovr quindi essere calcolato in modo da correggere il valore nominale dichiarato per il pistonofono valido per la pressione di riferimento di 101 325 kPa calibratori elettroacustici sono costituiti da un piccolo altoparlante che genera un determinato livello di pressione sonora accoppiatore calibratori elettrodinamici sono pi pratici da usare poich sono poco o per nulla sensibili ai parametri ambientali pressione atmos
112. rale le macchine volumetriche trasferiscono dei volumi isolati di fluido dall aspirazione alla mandata questo determina un andamento discontinuo della portata e quindi della pressione determinando la nascita di onde di oo MISURE DI PRESSIONE SONORA pressione in tutto il circuito queste onde vengono poi trasmesse all aria circostante provocando una perturbazione che corrisponde al rumore generato Lo studio di tali fenomeni viene preso in considerazione dalle aziende produttrici di componenti oleodinamici allo scopo di offrire un prodotto che riduca al minimo le oscillazioni di pressione e i problemi ad esse legate quali appunto la rumorosit e la sollecitazione meccanica dei componenti L analisi in frequenza quasi sempre accompagnata da tecniche di elaborazione del segnale filtri medie ecc che permettono ad esempio di ridurre il rumore di fondo generato dalle apparecchiature elettriche oppure di concentrare l analisi su determinate componenti del segnale In questo paragrafo si analizza la teoria matematica mediante la quale viene realizzata l analisi in frequenza con particolare attenzione alle procedure e agli algoritmi propri dei sistemi digitali e le tecniche di elaborazione del segnale utilizzate poi dalla strumentazione usata per le prove sperimentali 4 1 1 Analisi in frequenza e acustica Vista l importanza fondamentale che la frequenza ha nei problemi acustici risulta fondamentale utilizzare degli strument
113. re una misura acustica Esso dedicato alla rilevazione della pressione sonora e all elaborazione dei livelli di pressione La configurazione base di un fonometro di generazione moderna rappresentata nello schema a blocchi di figura 4 3 52 MISURE DI PRESSIONE SONORA Rilevatore d Uscita Uscita sovraccarico AC DC 9 Blocco Display RMS microfono accelerometro Curve di pesatura Preamplificatore Amplificatore Costanti di tempo Blocco di memorizzazione Figura 4 3 Schema a blocchi di un fonometro Il microfono trasforma il segnale acustico in un segnale elettrico con tensione molto bassa Il segnale passa quindi nel preamplificatore che normalmente collegato direttamente al microfono la sua funzione principale quella di ridurre l impedenza del microfono per permettere la trasmissione a distanza del segnale Successivamente il segnale preamplificato entra nello strumento vero e proprio che composto da diversi moduli Pu essere presente un rilevatore si sovraccarico che rileva se si superato il valore di fondo scala e trasmette l informazione al display il questo operatore pu sapere quando questo valore viene superato e di conseguenza pu agire sul valore di fondo scala Il segnale passa poi attraverso dei filtri di ponderazione in frequenza in genere si trovano solo i filtri per le curve di ponderazione A e U
114. sione di 20 bar il banco emette un livello di potenza sonora inferiore al pi uguale a quello emesso dalla pompa il suo 115 POTENZA SONORA EMESSA DAL SISTEMA E INDIVIDUAZIONE DELLE SORGENTI effetto non si sente nel livello complessivo ma pu essere apprezzato nello spettro di potenza All aumentare della pressione di esercizio si nota che tutte bande interessate da livelli pi alti aumentano maggiormente di intensit Tali bande di terzo di ottava sono le stesse caratteristiche della pompa poich la forzante cio la sorgente principale del rumore e delle vibrazioni la pompa stessa e i suoi effetti si ripercuotono sull intero sistema alle alte pressioni di esercizio anche amplificati Si possono ancora notare poi le componenti alle alte frequenze non dovute al pressure ripple in cui la pompa emette sempre pi rumore confermando il fatto che tali picchi sono da imputarsi a cause diverse Per analizzare meglio il problema pu essere di aiuto confrontare gli spettri di potenza per i componenti separati e per l intera struttura Livello complessivo di potenza sonora Complessivo PL20 20 bar Pompa PL20 20 bar 80 0 75 0 70 0 65 0 60 0 55 0 50 0 45 0 40 0 Livello di potenza sonora dB o Q o mo o nf 1000 o Q N Frequenza Hz 2000 2500 3150 5000 6300 8000 4000
115. sistema costituito da due sottili fili affiancati e riscaldati fino ad una temperatura di circa 300 C Le particelle di fluido che incidono perpendicolarmente alla sonda provocano un abbassamento della temperatura dei fili con una conseguente variazione della conducibilit Questa 70 MISURE DI POTENZA SONORA variazione di temperatura non la stessa per i due fili e quindi possibile risalire alla velocit delle particelle come avviene in un anemometro a filo caldo AI trasduttore di velocit delle particelle poi accoppiato un microfono a condensatore da pollice La sonda completa raffigurata in figura 5 6 mentre uno schema rappresentato in figura 5 5 pressure Inlet wirebonds _ minlature Microflown solid hollow cylinder electrical connecti Figura 5 6 Sonda Microflown 5 7 Software di elaborazione e rappresentazione Una volta eseguita la misura si pone il problema della rappresentazione dei dati che devono essere presentati in modo efficace dal punto di vista della comprensione del fenomeno acustico Per quanto riguarda un semplice dato di livello equivalente globale il problema non si pone pi di tanto le cose si complicano un di pi quando il fenomeno variabile o quando si esegue l analisi in frequenza Sa MISURE DI POTENZA SONORA Nel caso peggiore in cui si voglia analizzare un fenomeno variabile nel temp
116. sono in quadratura cio sfasate di 90 in ogni posizione e il campo sonoro che ne risulta completamente reattivo Il vettore intensit costituito solo dalla componente reattiva la cui ampiezza varia con la posizione L ampiezza di tale vettore mediata sul periodo risulta in ogni punto uguale a zero indicando che non si ha nessun trasporto netto di energia Le definizioni di intensit attiva e reattiva date per campi sonori armonici semplici possono essere estese anche ai campi sonori generali Ovviamente le riformulazioni teoriche del modello di trasferimento dell energia risultano pi complicate Tra le varie formulazioni presenti in letteratura del vettore complesso quella di Heyser sembra essere la generalizzazione pi diretta del modello introdotto per i campi sonori armonici semplici Sperimentalmente i concetti di campo sonoro attivo e reattivo risultano di grande utilit anche per i campi acustici generali non monocromatici purch applicati ad analisi in banda stretta Si consideri il campo sonoro generato da un altoparlante alimentato da un rumore bianco filtrato nella banda di 1 3 di ottava centrata a 1 kHz In fig sono mostrati i risultati di misure intensimetriche effettuate in camera anecoica in un punto posto ad una distanza dall altoparlante ad una lunghezza onda circa 0 3 m Nella parte a della figura sono riportati i risultati della pressione sonora istantanea e della corrispondente v
117. ssa dalla sorgente sulla base della sola pressione sonora POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI Capitolo 2 POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI 2 1 Considerazioni generali Nell ambito dei sistemi di trasmissione di energia giocano un ruolo fondamentale sia le macchine motrici che quelle operatrici intendendo per macchine motrici quelle macchine che ricevono energia dal fluido e la trasmettono all albero motore sotto forma di energia meccanica le macchine operatrici realizzano invece il compito simmetrico trasferendo energia meccanica dall albero motore al fluido Oltre a questa prima distinzione le macchine si prestano a una suddivisione in altre due categorie gt Macchine dinamiche o turbomacchine Sono interessate da un flusso continuo di fluido realizzato al proprio interno grazie solitamente ad una girante che accelera il fluido ad elevata velocit Esso viene successivamente rallentato e l energia cinetica posseduta trasformata energia di pressione classici esempi che caratterizzano questo tipo di macchine sono le pompe centrifughe o assiali le turbine ecc sono caratterizzate da una stretta dipendenza tra portata erogata e differenza di pressione di esercizio gt Macchine volumetriche Sono caratterizzate da un flusso discontinuo di fluido e lavorano su volumi di fluido ben definiti introdotti successivamente al loro interno Gli organi della macchina non incrementano la velocit del fluido al loro int
118. ssione di esercizio il livello di potenza sonora non aumenta o comunque non ha variazioni significative Questa parte di lavoro ha confermando sperimentalmente il fatto che la WSP20 effettivamente pi silenziosa della PL20 Si sono poi ottenute maggiori informazioni proprio grazie all applicazione della tecnica intensimetrica che ha permesso di evidenziare le zone caratterizzate da una maggiore emissione sonora in particolare si osservato che in entrambe le pompe si ha una maggiore emissione nella zona di aspirazione Nella parte successiva della tesi si voluto analizzare il contributo alla potenza totale emessa dal sistema di collettori tubazioni raccordi ecc sulla potenza emessa dalla singola pompa Si quindi proceduto ad analizzare la potenza emessa dall intero sistema Per la pompa PL20 si ottenuto quello che ci si aspettava si comincia a notare la differenza a 100 bar qui la differenza tra livelli di potenza sonora di circa 5 dB salendo con la pressione si ha una crescita del livello di potenza lineare uguale per la pompa e per il sistema cosicch la differenza tra i livelli si mantiene pressoch invariata Nel caso della pompa WSP20 il sistema di collettori e tubazioni non arriva a contribuire significativamente alla potenza sonora emessa dall intero sistema ma comunque all aumentare della pressione di esercizio aumenta l emissione fino ad arrivare alla pressione di 180 bar in cui si pu
119. ta da un elemento vibrante che trasmette le oscillazioni alle particelle di fluido che la circondano provocando cosi la perturbazione nel mezzo Sotto certi aspetti le onde acustiche presentano molte analogie con tanti altri fenomeni della fisica che si manifestano in forma di onde pur appartenendo ad ambiti diversi per esempio la luce cio le onde elettromagnetiche appartenenti allo spettro visibile le onde sismiche le onde sulla superficie dell acqua Facendo riferimento a queste ultime che a differenza delle onde acustiche possono essere viste nel loro formarsi e propagarsi si pu facilmente intuire che un onda costituisce una perturbazione delle condizioni locali di riposo Si tratta ora di definire le grandezze fisiche che caratterizzano il processo Poich le particelle di aria sono indotte ad oscillare nella direzione di propagazione dell onda le prime due grandezze di cui si dovr tenere conto saranno lo spostamento dalla loro posizione di equilibrio e la velocit con cui avviene tale spostamento A sua volta oscillazione comprime e decomprime il fluido inducendo variazioni di densit e quindi di pressione nelle regioni immediatamente adiacenti Si deduce quindi che un altra grandezza di cui tenere conto sar la pressione 299 CONCETTI INTRODUTTIVI ACUSTICA Supponendo trascurabili le irreversibilit il fenomeno di propagazione dell onda pu essere descritto tramite un equazione del tipo x t
120. tare delle zone interessate da una maggiore emissione anche in corrispondenza dei collettori contribuendo anch essi al livello complessivo di potenza sonora 124 CORRELAZIONE TRA POTENZA SONORA E PRESSIONE SONORA Capitolo 9 CORRELAZIONE TRA POTENZA SONORA E PRESSIONE SONORA L ultima parte della tesi dedicata alla ricerca di una correlazione tra livelli di potenza e livelli di pressione acustiche La potenza sonora misurata con la tecnica intensimetrica infatti caratterizzata dal fatto che essendo l intensit una grandezza vettoriale permette di misurare solamente la zona di emissione di cui si vuole determinare la potenza con la classica misura della pressione sonora la misura della potenza falsata da diversi fattori come le condizioni dell ambiente di misura la presenza di altre sorgenti nelle vicinanze Trovando quindi una correlazione tra potenza effettiva emessa dalla pompa e pressione sonora misurata in un punto preciso rispetto alla sorgente si potrebbe ricavare un relazione valida per una stima della potenza effettivamente emessa dalla pompa eseguendo una semplice misura di pressione sonora in un solo punto anzich dover eseguire misure di intensit che sono comunque pi lunghe e laboriose Sia chiaro comunque che se si trovasse questo metodo fornirebbe solamente un metodo approssimato Come vedremo vista la diversit di emissione tra le varie tipologie di pompe non stato possibile ric
121. tato dall integrale esteso alla superficie della componente del valor medio temporale dell intensit normale ad essa 2 In assenza di sorgenti all interno della superficie il valore medio temporale del flusso netto istantaneo dell intensit sempre nullo Questo significa che la presenza al di fuori della superficie di sorgenti sonore stazionarie in influente ai fini del calcolo della potenza sonora generata da sorgenti presenti al suo interno Proprio quest ultima caratteristica rappresenta il vantaggio principale della tecnica intensimetrica infatti possibile quantificare la potenza sonora media di una sorgente di rumore stazionario anche in presenza di altre sorgenti stazionarie e direttamente nell ambiente usuale di utilizzo vantaggi pratici che ne conseguono sono evidenti e derivano principalmente dalla possibilit di quantificare con sufficiente accuratezza anche l emissione acustica di sorgenti fisse e dal superamento dell obbligo di utilizzare costose strutture di prova quali camere anecoiche o camere La prima cosa da fare per la misurazione della potenza sonora definire la superficie contenete la sorgente Teoricamente si possono scegliere tutti i tipi di superfici che possano racchiudere la sorgente ma le forme pi utilizzate sono quella a parallelepipedo a semisfera e quella conforme 65 MISURE DI POTENZA SONORA parallelepipedo r
122. te frequenze per ridurre gli effetti dell interferenza La caratteristica di direttivit per il sistema di analisi dell intensit sonora sembra bi dimensionalmente una figura ad otto conosciuta come caratteristica del coseno 1 60 Icos60 ______ _J Componente misurata Intensit Figura 6 6 Caratteristica di direttivit della sonda Poich la pressione una grandezza scalare un trasduttore di pressione dovrebbe avere una risposta simile indipendentemente dalla direzione di incidenza del suono questo significa che sono necessarie delle caratteristiche omni direzionali Per contro intensit una grandezza vettoriale una sonda a due microfoni non si misura il vettore ma la sua componente in una direzione lungo l asse della sonda Il vettore completamente determinato quando si conoscono le sue tre componenti perpendicolari ottenibili con una sonda a sei microfoni disposti su tre assi _ 84 DEFINIZIONE METODOLOGIE DI MISURA Per un suono incidente a 90 rispetto all asse della sonda non nessuna componente lungo l asse della sonda poich non ci sar differenza nei segnali di pressione Ne consegue che la velocit delle particelle e l intensit saranno nulle Per suoni incidenti con un angolo arbitrario rispetto all asse la componente di intensit rispetto all asse sar ridotta del fattore cos9 Questa riduzione produce la caratteristica
123. tenere un buon riempimento delle cavit di pompaggio e un flusso regolare di fluido in mandata prevenendo eventuali surriscaldamenti 15 POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI della macchina che potrebbero portare al grippaggio Esistono poi soluzioni costruttive particolarmente dispendiose che permettono di arrivare a velocit superiori a quelle riportate in precedenza circa 5000 rpm ma rappresentano casi di scarso interesse e poco riscontrabili nella pratica ingegneristica comune Un altra caratteristica peculiare delle macchine ad ingranaggi esterni l erogazione di una portata variabile nel tempo a parit di condizioni di funzionamento dovuta alle caratteristiche costruttive intrinseche della macchina stessa Infatti le camere pompanti sono in numero finito e quindi la portata messa a disposizione dell utilizzatore dipende dalla posizione angolare relativa assunta dalle due ruote Come si pu vedere in figura 1 7 la portata uscente dalla pompa in funzione del tempo risulta essere oscillante e naturalmente legata al numero di denti delle due ruote in presa Figura 2 7 Andamento della portata della pompa in funzione del tempo Ricercando come obiettivo la maggior regolarit di portata possibile sarebbe opportuno aumentare il numero dei denti delle ruote ossia delle cavit pompanti per questo porterebbe a parit di diametro di testa degli ingranaggi ad una drastica riduzione della cilindrata della macchina dov
124. tenza sonora possibile utilizzare la tecnica prevista dalla norma UNI EN ISO 3744 a fronte di una maggiore semplicit e rapidit della caratterizzazione acustica pur sempre con un livello di accuratezza di 5dB Per avere poi una misura precisa e con un grado di accuratezza maggiore 1 5dB necessario adottare la tecnica intensimetrica gi affrontata nei capitoli precedenti 131 CONCLUSIONI CONCLUSIONI Nel presente lavoro di tesi si voluto affrontare il problema della caratterizzazione acustica di pompe a ingranaggi esterni prodotte dalla ditta Casappa S p a Gli obiettivi prefissati erano 1 caratterizzare dal punto di vista acustico alcune tipologie di pompe prodotte in azienda mediante il calcolo della potenza sonora emessa 2 analizzare l influenza del sistema di raccorderia e di tubazioni sul rumore complessivo prodotto dalle pompe in prova 3 correlare tra loro la pressione e la potenza sonore in modo da poter ottenere un modello da seguire per la determinazione della potenza sonora partendo dalle normali tecniche basate sulla misura della sola pressione sonora Nella prima parte della tesi sono state studiate le macchine a ingranaggi esterni i principi di funzionamento struttura di base e fenomeni fisici e di scambio energetico che avvengono al loro interno In particolare sono stati analizzati i fenomeni responsabili della maggior parte del rumore prodotto da queste tipologie di pompe stata analiz
125. ti che con le tecniche tradizionali basate sulla rilevazione della pressione sonora sono difficilmente ottenibili Come primo esempio dell applicazione di tale tecnica stato svolto uno studio sull emissione sonora di due tipologie di pompe prodotte dalla ditta Casappa S p a In seguito potr essere svolto uno studio sull influenza del sistema di collegamento delle pompe al banco prova collettori raccorderia tubazioni sul rumore complessivo generato dalla singola pompa INTRODUZIONE Nella prima parte della tesi verranno trattati gli argomenti introduttivi inerenti lo studio effettuato quali le pompe a ingranaggi esterni e i concetti introduttivi sull acustica Nei capitoli 4 e 5 verranno analizzati i vari tipi di misure acustiche dalla pressione sonora misura fondamentale in acustica alla potenza sonora Dal capitolo 6 si affronter la definizione della metodologia da seguire nell esecuzione delle misure Nei capitoli 7 e 8 verranno esposti i risultati delle misure intensimetriche effettuate su due tipologie di pompe risultati che hanno permesso di caratterizzare il rumore delle pompe e individuare le sorgenti di rumore all interno del sistema costituito da pompa e collegamenti al banco Nel capitolo 9 verr poi studiata la correlazione tra potenza sonora misurata con la tecnica intensimetrica e pressione sonora con lo scopo di individuare un metodo che permetta di avere una stima della potenza sonora eme
126. to a 1500 rpm e 150 bar 1500 rpm 150 bar Standard di 0 015 002 Tempo e 0 025 Figura 2 18 Andamento del pressure ripple a 1500 rpm e 150 bar 29 POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI 2 7 Caratteristiche delle macchine prese in considerazione Nel presente studio sono prese in esame le pompe ad ingranaggi esterni di uso industriale progettate e commercializzate dalla ditta Casappa S p A In particolare sono state considerate quelle appartenenti al gruppo Polaris vedi figura caratterizzate da corpi e rasamenti in alluminio ingranaggi in acciaio e coperchi in ghisa o in alluminio e al gruppo WHISPER Questi dispositivi sono caratterizzati da una notevole versatilit con cilindrate che possono variare da 1 cm3 giro a 125 Le velocit di rotazione massime consentite sono di 4000 rpm mentre il limite sulle pressioni di esercizio pu raggiungere e 260 bar per funzionamento continuo e 280 bar per funzionamento intermittente e 300bar di picco massimo nei transitori Figura 2 19 Pompe a ingranaggi esterni Polaris 30 POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI Le pompe ad ingranaggi esterni del tipo Polaris e WHISPER sono suddivise in tre gruppi indicati rispettivamente con le sigle 10 20 30 All interno dello stesso gruppo si ha che gli ingombri esterni e la geometria delle ruote dentate so
127. to e gli ingranaggi sono liberi di poter ruotare nelle condizioni ideali Il rumore risultante periodico e si presenta alla frequenza di ingranamento ed a suoi multipli 2 Strisciamento tra i denti intensificato dalla deflessione subita dagli ingranaggi Le fluttuazioni di pressione generano anche una forza radiale che provoca una deflessione del dente 3 Incremento dell emissione sonora causata dal fatto che gli ingranaggi possono trasformarsi essi stessi in emettitori di radiazioni sonore se sollecitati in condizioni di risonanza L ampiezza di queste vibrazioni legata alla relazione tra la frequenza delle forze agenti sugli ingranaggi e la frequenza naturale degli ingranaggi stessi 4 Flussi turbolenti di olio e di aria che si creano durante l ingaggio di un dente con l altro e che si propagano alla velocit del suono Anche questo tipo di rumorosit legata alla frequenza di ingranamento 18 POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI Poich il rumore generato dalle pompe ad ingranaggi in massima parte di natura deterministica risulta facile individuarlo mediante un analisi in frequenza dell airborne noise Supponendo di avere a che fare con una pompa che gira a 1500 giri min e che costituita da due ingranaggi con 12 denti possibile determinare la frequenza di ingranamento _ 12 1500 300Hz 24 2 4 1 Air borne Noise L airborne noise soltanto una delle forme del rumore prodotta da una pompa ma
128. trazione acustica relativa ad un periodo di tempo significativo o almeno l esecuzione delle misure su un numero significativo di cicli 55 MISURE DI PRESSIONE SONORA macchina ripetuti uguali a se stessi per ogni banda di analisi Per questo per effettuare questo tipo di misure necessario utilizzare uno strumento dalle caratteristiche adeguate Per quanto riguarda analisi in frequenza l eventuale associazione di un registratore grafico o di un personal computer consente la visualizzazione dei livelli di rumorosit in funzione della frequenza eventualmente la visualizzazione dell andamento di una determinata frequenza in funzione del tempo fonometri analizzatori in tempo reale 4 3 Calibratori acustici opportuno prima di eseguire una misura provvedere alla verifica e all eventuale calibrazione del misuratore del livello sonoro Per la verifica sul campo senza rivolgersi a laboratori opportunamente attrezzati sono disponibili i calibratori acustici cio generatori di pressione acustica di cui sono noti il livello di pressione sonora e la frequenza con le relative incertezze Essi si accoppiano in pressione al microfono del fonometro E quindi necessario che il calibratore sia specificamente progettato per il tipo di microfono a cui deve essere accoppiato Fortunatamente quasi tutti i fonometri di classe 1 sono forniti con microfoni da 2 che rispettano la norma sui microfoni campione di lavoro pe
129. urati da strumenti differenti possono scostarsi notevolmente Z zero ponderazione lineare in cui non prevista ne l attenuazione ne l esaltazione da 10 kHz a 20 kHz La ponderazione A obbligatoria su tutti i fonometri mentre le altre sono opzionali fonometri possono essere classificati secondo diversi criteri Un primo criterio di distinzione regolato anche dalle norme EN60651 1994 e EN60804 1994 suddivide i fonometri in quattro classi di precisione dalla zero alla tre in ordine decrescente di precisione Classe 0 Classe 1 Classe 2 Classe 3 Tuttavia la quasi totalit degli strumenti appartiene a due sole classi o classe 1 strumenti da laboratorio e per misure di precisione sul campo o classe 2 strumenti per misure sul campo di uso generale _ 54 MISURE DI PRESSIONE SONORA Un secondo criterio di classificazione dei fonometri permette di distinguere i fonometri integratori da quelli che non sono in grado di eseguire l integrazione Per fonometro integratore si intende uno strumento in grado di calcolare il livello equivalente cio il livello di rumore misurato su un determinato periodo di misura Il fonometro non integratore in grado soltanto di eseguire una misura istantanea Da quanto appena detto emerge che i fonometri integratori consentono di associare un valore numerico anche a quelle situazioni in cui la rumorosit risulta variabile nel tempo ad esempio per la presenza dei cicli ma
130. uta alla diminuzione dei volume dei vani messi a disposizione del fluido La soluzione di compromesso solitamente adottata dalla quasi totalit dei costruttori quella di utilizzare un numero di denti compreso tra 10 e 12 al fine di mediare le due esigenze contrastanti descritte in precedenza Tali pompe sono inoltre inadeguate per funzionare a portata variabile poich la regolazione di portata pu essere operata solo attraverso la variazione della velocit di rotazione della ruota motrice tipici materiali impiegati per la realizzazione di normali pompe ad ingranaggi esterni sono 16 POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI per i componenti esterni corpo coperchio ghisa acciaio inossidabile alluminio per i componenti interni ruote dentate acciaio acciaio inossidabile alluminio per le bronzine bronzo carburo di silicio alluminio In particolare per applicazioni oleodinamiche si utilizza acciaio per le ruote dentate alluminio e ghisa per i componenti esterni alluminio e bronzo per rasamenti e bronzine 2 4 Sorgenti di rumore nelle pompe a ingranaggi esterni diversi tipi di emissione sonora possono essere raggruppate in tre categorie air borne noise cio le emissioni acustiche udibili structure borne noise le vibrazioni fluid borne noise ossia le oscillazioni di pressione legate al funzionamento del componente oleodinamico Tra questi bisogna considerare che gli ultimi due sviluppano una energia
131. varia nel tempo con frequenza doppia rispetto alla frequenza dell onda La sua direzione e il suo verso coincidono con quella di propagazione dell onda Il vettore media temporale non nullo ed ha ampiezza di entit significativa Si consideri ora un tubo con terminazione parzialmente assorbente In queste condizioni l onda incidente viene parzialmente riflessa dalla parete producendo in direzione opposta la propagazione di onda di ampiezza inferiore L interferenza tra onda diretta e onda riflessa d origine a degli andamenti istantanei di pressione e velocit sfasati tra loro fig b in seguito a questo sfasamento il campo sonoro risulta solo parzialmente attivo Il vettore intensit istantanea cio si compone sia della componente attiva che della componente ale MISURE DI POTENZA SONORA reattiva La componente attiva a direzione e verso coincidenti con quelli di propagazione dell onda La sua media temporale non nulla ma ha entit inferiore a quella del caso precedente La componente reattiva invece in ogni posizione lungo il tubo oscilla avanti e indietro fornendo in un periodo un contributo medio nullo Si consideri infine la condizione di terminazione perfettamente riflettente In questo caso onda diretta e onda riflessa hanno la stessa ampiezza e dalla loro interferenza si ha la formazione di onde stazionarie all interno del tubo Pressione sonora istantanea e velocit delle particelle
132. variazioni di velocit e migliorare la geometria dei flussi Minimizzare la velocit di punta delle parti rotanti In tutte le macchine volumetriche si registrano delle pulsazioni di volume e di pressione a causa della variazione del volume che ospita via via il fluido Queste oscillazioni sono funzione della velocit di rotazione dell albero e producono dei rumori tonali ossia con frequenze multiple della frequenza di rotazione dell albero SITE POMPE E MOTORI A INGRANAGGI ESTERNI 2 5 Considerazioni sulla zona di ingranamento e rumore delle pompe Come descritto in precedenza quando nella zona di mandata i due denti ingranano la maggior parte del fluido compreso nei vani tra i denti stessi spinto verso il circuito utilizzatore esiste per una frazione di olio che rimane intrappolata Il volume isolato viene compresso durante la rotazione e questo genera un picco di pressione che pu causare mal funzionamento e rumore oltre a poter danneggiare la macchina Durante la rotazione poi il volume delimitato dai denti in presa comincia ad aumentare determinando un forte calo della pressione la quale pu raggiungere il valore della tensione di vapore del fluido e quindi possono innescarsi fenomeni di cavitazione problemi derivanti da quest ultima sono principalmente il caratteristico rumore e l erosione meccanica dei componenti della pompa con conseguenze sulla durata della macchina e possibili danni generati dalle partic
133. vendo individuato queste frequenze caratteristiche si pu affrontare meglio la caratterizzazione tracciando le mappe intensimetriche proprio a queste 97 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE frequenze in questo modo sar possibile confermare i risultati gi ottenuti nel paragrafo precedente in cui si sono analizzate le singole facce Presa una frequenza di riferimento verranno proposte le mappe intensimetriche alle tre pressioni di esercizio 20 100 180 bar ASP MAN Sie ci S ES amp ENELHEERLG88 Figura 7 7 Mappa di intensit della pompa PL20 alla pressione di 20 bar per la banda di 1 3 di ottava dei 315 Hz 98 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE ASP MAN Figura 7 8 Mappa di intensit della pompa PL20 alla pressione di 100 bar per la banda di 1 3 di ottava dei 315 Hz ASP MAN Figura 7 9 Mappa di intensit della pompa PL20 alla pressione di 180 bar per la banda di 1 3 di ottava dei 315 Hz hBESSEREZHILIEI8LINZE SINNI S ESSENRLIEERL88 _ 99 CARATTERIZZAZIONE DEL RUMORE DELLE POMPE ASP MAN Figura 7 10 Mappa di intensit della pompa PL20 alla pressione di 20 bar per la banda di 1 3 di ottava dei 630 Hz ASP MAN Figura 7 11 Mappa di intensit della pompa PL20 alla pressione di 100 bar per la banda di 1 3 di ottava dei 630 Hz sS SSENLEEERL2883dZaS fb S55E6ERLIBELL88EIINS
134. zata la zona di ingranamento e il fenomeno del pressure ripple per poter poi capire nel seguito in fenomeni acustici ad essi correlati In seguito stato fatto un breve richiamo alla teoria base dell acustica stato richiamato il concetto di suono e delle principali grandezze acustiche quali la pressione l intensit la potenza sonore e i principi matematici alla base della loro analisi quali l analisi in frequenza Preliminarmente al lavoro di tesi si reso necessario effettuare la caratterizzazione secondo la norma UNI EN ISO 3744 della camera semi anecoica presso l azienda Si puntata quindi l attenzione sulla misura della pressione sonora tramite la tecnica intensimetrica seguendo la norma di riferimento UNI EN ISO 9614 132 CONCLUSIONI primi risultati ottenuti sono relativi alla caratterizzazione acustica delle pompe oggetto di studio Poich le prove sono state condotte su due tipologie di pompe pompe Polaris standard e pompe WHISPERTM silenziose entrambe con cilindrata di 11 2 cm giro e con ruote dentate a 12 denti si suddividono i risultati ottenuti in due parti Per quanto riguarda la pompa Polaris PL20 si potuto subito osservare che il livello di potenza subisce un aumento pressoch lineare al variare della pressione di esercizio La pompa WHISPER WSP20 invece presenta un comportamento totalmente differente si osserva infatti che all aumentare della pre

caratterizzazione del rumore di pompe a ingranaggi

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