Una rassegna dei possibili approcci per combattere il rumore relativo all’HVAC negli impianti industriali.
Gli impianti di HVAC industriali svolgono un ruolo fondamentale nella fornitura di riscaldamento, raffreddamento e ventilazione per un’ampia gamma di strutture come impianti di lavorazione chimica, stabilimenti di produzione, impianti di generazione di energia e impianti di trattamento dell’acqua.
Di solito sono più grandi e più complessi dei sistemi HVAC residenziali, il che li rende anche statisticamente più a rischio di diventare fonti di rumore.
Infatti, queste installazioni tendono a produrre suoni forti a danno dell’ambiente circostante. È quindi chiaro che tutte le strutture che ospitano queste macchine dovranno adottare una strategia di insonorizzazione nel caso in cui il comfort uditivo delle persone in servizio venga compromesso.
Il primo passo di questa procedura implica la determinazione dell’area in cui sono installati i sistemi HVAC. Posizionandoli all’aperto, ad esempio, significa essere predisposti per una soluzione specifica piuttosto che per un’altra.
Inoltre, anche la posizione del dispositivo HVAC determina il tipo di apparecchiature HVAC. Ad esempio, componenti come refrigeratori, ventilatori, torri di raffreddamento e pompe rientrano tra le apparecchiature HVAC all’aperto. D’altra parte, componenti come condotti, giunti, diffusori e bobine di raffreddamento sono probabilmente presenti all’interno delle strutture.
Il controllo del rumore correlato all’HVAC può essere progettato impiegando due distinte classi di materiali: di tipo assorbente, ossia che assorbono naturalmente i suoni, riducono le riflessioni dalle superfici e diminuiscono la risonanza all’interno degli spazi, e pareti o barriere acustiche, che riducono la trasmissione del suono tra spazi adiacenti attraverso texture non porose, generalmente riconosciute come buoni riflettori del suono.
La riduzione del trasferimento del rumore dalle macchine all’aperto richiede, in primo luogo, un processo di mappatura accurato della propagazione del rumore. La ventilazione degli edifici, degli involucri e delle stanze degli attrezzi dovrebbe essere valutata meticolosamente. I fattori strutturali devono essere già presi in considerazione al momento della selezione dell’attrezzatura HVAC e quando si progettano sistemi di distribuzione dell’aria per ridurre al minimo il rumore. Il progetto complessivo richiede un’attenta valutazione di tutte le limitazioni di spazio, la selezione della ventola e le perdite di pressione aerodinamica. L’obiettivo finale è quello di eliminare il rumore creato dal flusso d’aria o gas, mantenendo contemporaneamente il flusso stesso e il calo di pressione minimo.
Tre principali tecnologie di insonorizzazione all’avanguardia, fornite da Stopson Italiana, sono particolarmente indicate per i sistemi HVAC: Persiane Acustiche, Silenziatori di aspirazione e Cabinati Acustici. Si tratta, infatti, di soluzioni durevoli e facili da utilizzare, da integrare come misure di controllo del rumore nel progetto. Una serie di Silenziatori specificamente progettati per HVAC risulta essere una soluzione perfetta per applicazioni che richiedono una massima attenuazione dell’inserzione (riduzione del rumore), una bassa caduta di pressione statica, una bassa manutenzione, e una consegna rapida. Questi possono essere incorporati nel sistema di ventilazione ed abbinati alla macchina per insonorizzarla completamente verso tutte le direzioni.
Esplora il nostro articolo sui silenziatori industriali applicati ai sistemi HVAC per approfondire l’argomento.
Nel nostro primo articolo dedicato all’argomento, abbiamo anticipato il trend verso l’integrazione di materiali sostenibili e avanzati che potrebbero avere diverse applicazioni nel settore dell’insonorizzazione industriale.
Sostenuti da nuove ricerche, dati e approfondimenti, continuiamo a condurre un’analisi approfondita su tali fenomeni di transizione, approfondendo soluzioni che sono state studiate e proposte in alcuni contributi accademici.
Lo scopo di queste indagini sperimentali è stato quello di esplorare il potenziale di assorbimento acustico e di attenuazione del suono delle componenti che impiegano materiali alternativi, le quali si stanno affermando come validi sostituti alle soluzioni tradizionali.
1. Pannelli acustici realizzati a partire da gambi di mais
Ramshankar et. al (2021) hanno portato avanti un progetto di ricerca volto a produrre un pannello fonoassorbente usando gambi di mais. Quest’ultima è considerata una componente vantaggiosa in quei settori in cui si incontra regolarmente la necessità di risolvere il problema dell’inquinamento acustico, in quanto tali elementi strutturali potrebbero fornire un supporto significativo in ottica di eliminazione dei suoni dannosi e garantire così un ambiente di lavoro più sicuro.
Lo studio parte anche dal presupposto che molte soluzioni di insonorizzazione commercializzate disponibili sul mercato non siano convenienti dal punto di vista economico. L’utilizzo di pannelli fonoassorbenti a base di rifiuti agroalimentari può rappresentare una soluzione importante anche in questi termini.
Basando la loro metodologia empirica sul cosiddetto “test di impedenza”, e partendo dal confronto trai i vari coefficienti di assorbimento acustico, Ramshankar et. al (2021) sono arrivati alla conclusione che il gambo di mais garantisce prestazioni migliori rispetto a molti altri materiali. Tuttavia, l’informazione più preziosa è fornita dall’evidenza empirica che i pannelli di rifiuti agricoli non causano alcun danno all’ambiente. Inoltre, i costi di produzione sono anche molto limitati rispetto ad altri prodotti. Nel complesso, il gambo di mais come soluzione di insonorizzazione riesce a raggiungere tre obiettivi principali in uno:efficienza dei costi, sostenibilità e prestazioni.
2. Metamateriali con un focus sull’insonorizzazione in ambito marine
I metamateriali sono soluzioni che hanno proprietà elettromagnetiche la quali normalmente non fanno parte degli elementi naturali. D’amore et. al (2022) hanno studiato una “metasoluzione” – come è stata sintetizzata nella loro ricerca – che ha il potenziale adatto a sostituire le soluzioni tradizionalmente adottate soprattutto per quanto riguarda l’insonorizzazione navale.
Le tecniche di attenuazione del rumore finalizzate all’insonorizzazione delle apparecchiature navali stanno diventando un asset essenziale al fine di garantire i livelli di comfort richiesti dalle norme presenti a bordo delle navi. Come evidenziato da D’amore et. al (2022), i metamateriali acustici “sono progettati per controllare, dirigere e manipolare le onde sonore. Questo risultato si ottiene solitamente mediante la ripetizione periodica nello spazio di una cellula primitiva elementare, accuratamente ottimizzata nella sua topologia e geometria”.
I pannelli realizzati in metamateriali hanno caratteristiche idonee per diventare soluzioni sostenibili da collocare a bordo delle navi in alternativa ai tradizionali prodotti in lana minerale (lana di roccia o vetro). Questo tipo di soluzione potrebbe aprire la strada alla lenta ma inesorabile sostituzione dei sistemi tradizionali usati per il controllo delle vibrazioni e del rumore in altre configurazioni di insonorizzazione marina.
Conclusione
Stopson Italiana sta accrescendo ulteriormente la propria consapevolezza dell’impatto ambientale provocato dalle metodologie convenzionali. È chiaro come la ricerca e gli studi accademici stanno ampiamente contribuendo ad alimentare la transizione verso i materiali sostenibili offrendo molti spunti al contesto applicativo.
E’ stato dimostrato che i materiali avanzati ed ecologici sono già una risorsa indispensabile per gestire al meglio non solo le complessità legate ai processi d insonorizzazione, ma anche al fine di rendere il settore più incentrato sulla redditività. I tecnici e gli specialisti delle superfici sono chiamati ad abbracciare queste conoscenze e sfruttare le opportunità offerte dalle soluzioni più recenti.
Come sta accadendo in molti altri settori industriali, anche l’ecosistema globale dell’insonorizzazione assiste a una lenta ma inesorabile transizione verso l’impiego di materiali biodegradabilie sostenibili. I produttori nel futuro dovranno integrare materiali ecologici e sostenibili con quelli tradizionali nella progettazione delle unità di controllo del rumore industriale. Occorre sempre di più adeguarsi ai trend di sostenibilità in atto e a quei requisiti dettati dalle esigenze del periodo corrente.
Eppure, molto prima del momento in cui la sostenibilità è stata finalmente posta all’apice dell’agenda di molte aziende di costruzione industriale, i ricercatori hanno scoperto che i materiali naturali possono essere utilizzati efficacemente nella costruzione di architetture fonoassorbenti al fine di contenere l’inquinamento acustico.
Tuttavia, oltre a proteggere la qualità ambientale complessiva, sembra che i materiali naturali possano risultare davvero efficaci quanto le soluzioni convenzionali.
Materiali e tecniche più utilizzate: lo scenario attuale
Come riscontrato da un recente studio di FMI sullo stato di salute del mercato globale dell’insonorizzazione, polimeri e compositi rimangono ancora i materiali più impiegati per la produzione di insonorizzanti. È ampiamente noto che polimeri e materiali compositi abbiano proprietà di isolamento acustico più elevate rispetto ad altri materiali come vetro, metallo e tessuto.
Va tuttavia sottolineato che i recenti sviluppi nella ricerca e nello sviluppo di materiali compositi hanno fornito loro le risorse di biodegradabilità e riciclabilità che necessitavano, il che ha portato automaticamente anche a un aumento delle vendite. Lo studio stima che nel solo 2018 sono state vendute oltre 4 unità di controllo del rumore industriale su 10 realizzate in polimeri e compositi.
Materiali industriali ecologici
Le soluzioni acustiche naturali si stanno convertendo sempre più in una valida alternativa alle tradizionali applicazioni sintetiche. La sfida consiste nello sviluppo di assorbitori completamente sostenibili, sia a partire da biomassa che da materiali riciclati.
Una ricerca condotta nel 2021 dall’AcouTech Lab della Tallinn University of Technology ha delineato una premessa importante in questo senso: per esprimereun potenziale di attenuazione del rumore sufficiente e ottenere i migliori risultati in termini di prestazioni, il design degli assorbitori dovrebbe basarsi su materiali con struttura a pori aperti, i pori dovrebbero avere dimensioni ridotte e il materiale del nucleo dovrebbe avere un’elevata elasticità, mentre lo spessore del materiale dovrebbe essere sufficientemente grande da offrire un’attenuazione ragionevole alle frequenze più basse.
Come nel caso dei materiali convenzionali, le prestazioni degli assorbitori dipendono dunque in gran parte anche dalle loro fibre e dalla struttura dei pori. Le fibre di cotone hanno proprietà di assorbimento acustico paragonabili alla lana di roccia e alla fibra di vetro, le quali vengono solitamente impiegate per realizzare assorbitori convenzionali. La porosità del cotone consente di ricevere e quindi contenere l’energia sonora con facilità, e inoltre rende il materiale compattabile, in modo che i progettisti possano formarlo in fogli spessi che intrappolano e disperdono il suono.
Conclusione
Quanto emerge da questa review è una necessità da parte delle aziende di insonorizzazione di utilizzare in primis materiali a base di cotone per lo sviluppo dei proprio prodotti, soprattutto con l’obiettivo d’azione di ridurre echi e riverberi. Vi è dunque un’opportunità concreta per lanciare linee di prodotti ecologici che includano soluzioni insonorizzanti come pareti e pannelli acustici, deflettori e fodere acustiche HVAC principalmente realizzate con cotone riciclato o fibre sintetiche riciclate. Ulteriori ricerche basate sulla proposta di nuove soluzioni materiali sono attese e aspettano di essere integrate nel contesto applicativo.
Quali sono gli step necessari per insonorizzare in modo adeguato un impianto di produzione
Alcune nozioni di base sul rumore
Il rumore è comunemente definito come suono indesiderato. Tre fattori fondamentali devono essere analizzati quando si inizia un processo di abbattimento acustico: individuazione della sorgente del rumore (motori, impianti di ventilazione, pompe, ecc.), il cosiddetto soggetto ricevitore (persone esposte alle onde acustiche), e il percorso (il percorso che il rumore compie tra la sorgente e il ricevitore all’interno o all’esterno).
La propagazione del rumore può essere classificata in due diverse forme: aerea e strutturale.
La prima passa da una sorgente ad un ricevitore sotto forma di differenziale nella pressione atmosferica, viaggiando in tutte le direzioni. Quella strutturale è invece la vibrazione che viene trasmessa da una sorgente vibrante a un ricevitore, attraverso un materiale solido e – da lì – emanata come rumore aereo. Una volta identificati i tre elementi principali (sorgente, percorso e ricevitore), è possibile adottare 4 modi per controllare e contenere il rumore: assorbimento, barriere acustiche (blocco), smorzamento e isolamento delle vibrazioni.
La fonte maggiore di emissione di rumore deriva dalla mancanza di una corretta manutenzione degli impianti. Tipici sprechi energetici e “produttori” di rumore sono:
Perdite di vapore
Cuscinetti o ingranaggi usurati
Meccanismi non allineate correttamente
Parti rotanti non bilanciate
Ricambio di parti in movimento
Parti meccaniche non lubrificate adeguatamente
Contatti tra parti mobili e fisse
Perdite d’aria compressa
Vibrazioni di lamiere
Collegamenti o camme registrati in modo sbagliato
Come scegliere il fornitore di Silenziatori a Sfiato più appropriato
Iniziamo con un quesito: quali sono i dati più rilevanti da considerare al fine di identificare i ruoli corretti all’interno della catena di fornitura dei produttori acustici? Rispondere adeguatamente a questa domanda significa comprendere tutti i fattori coinvolti. E quindi semplificare la scelta del silenziatore di sfiato più adatto all’applicazione richiesta. Ma come primo elemento, è importante introdurre i silenziatori di sfiato e di scarico motore, rivedendo i fattori coinvolti nella previsione del rumore generato dalle bocchette di alta pressione.
Qui sotto un elenco delle applicazioni di sfiato che richiedono silenziatori:
Scarico del vapore nelle applicazioni di generazione di energia
Controllo di processo e valvole di sicurezza in applicazioni industriali
Soffiature di condotte e stazione di compressione di gas naturale
Serbatoi di abbattimento e autoclavi
Valvole di bypass su soffiatori e compressori
Scarico di gas ad alta pressione in ambienti a pressione sostanzialmente ridotta (atmosfera).
Espulsori di vapore e prese d’aria
I termini “silenziatore di sfiato” e “silenziatore di scarico” si riferiscono alla relativa applicazione per cui viene utilizzato ciascuno. Per entrambi il design è simile; ci riferiamo ai silenziatori di sfiato quando l’utilizzo consiste nello sfiatare a una portata costante, per un certo periodo di tempo. La semplice parola silenziatore lascia sottintendere al modello definito blowdown, utile per soffiare un volume finito di gas che parte da una pressione elevata e termina a bassa pressione, in un dato momento. I silenziatori di sfiato sono regolati per flussi costanti, mentre i silenziatori di scarico sono dimensionati per picchi di flussi massimi.
I silenziatori di sfiato trovano ampie applicazioni in prese di alta pressione, prese d’aria, prese di scarico di sicurezza, sistemi di scarico e spurgo ecc. Il rumore di sfiato e di scarico è una funzione della pressione e della temperatura a monte, del tipo di gas sfiato, della dimensione e del tipo di valvola, oltre all’effetto delle tubazioni a valle. Stopson Italiana progetta e produce Silenziatori a sfiato che attenuano l’elevato rumore prodotto dall’espansione di gas, vapore o aria, a temperature e pressione atmosferica elevate.
Quando è richiesta l’installazione di un Silenziatore a Sfiato (in inglese “Steam Vent Silencer”), è necessario fornire questi dati per ricevere un’offerta dettagliata:
Applicazione (Vent, Blow Down, Relief)
Composizione del fluido (vapore, gas, aria)
Tipo di funzionamento: intermittente o continuo
Peso molecolare o gravità specifica
Condizioni di processo a monte della valvola e delle unità (lb / hr, SCFM, ACFM)
Pressione di temperatura (P1)
Pressione atmosferica (Pa) / Temperatura (T2)
Pressione di scarico/contropressione
Misura della linea tra valvola e silenziatore
Attenuazione richiesta (prestazioni silenziatore)
Caduta di pressione consentita
Diametro del tubo e tipo di connessione
Portata di design e portata massima
Specifiche del materiale
Elevazione silenziatore
Rumore generato da prese d’aria ad alta pressione
Nel corso degli anni, molti studi sono stati portati avanti nel settore della previsione del rumore generato dallo sfiato ad alta pressione dei gas.
Fattori che influenzano il rumore generato da prese d’aria ad alta pressione
Flusso di massa: maggiore è il flusso di massa, più rumoroso è l’impianto.
Il tipo di gas e il suo peso molecolare / gravità specifica. Da considerare che i gas più leggeri sono i più rumorosi.
Temperatura: temperature più elevate producono flussi di gas più leggeri e, quindi, livelli di rumore più elevati.
Pressione “a monte” contro “pressione a valle”: più alta è la pressione a monte rispetto alla pressione a valle, più forte sarà il rumore.
Flusso d’aria (flusso critico o flusso sonico): si verifica quando la pressione a monte è circa due volte o superiore alla pressione a valle, rendendo l’emissione molto più rumorosa.
Grado di apertura valvole, prese d’aria, diffusori, ecc.: diametri più grandi producono rumore a bassa frequenza, mentre i diametri più piccoli producono un rumore a frequenza più elevata. Ad esempio, i diffusori creano uno spostamento nello spettro del rumore da bassa frequenza (una grande apertura di sfiato) ad alta frequenza (molte aperture più piccole), che è molto più facile da attenuare.
Elementi che creano rumore nei sistemi di ventilazione ad alta pressione
Il rumore alla fine di un tubo di sfiato ad alta pressione è una combinazione del rumore generato dagli elementi di caduta ad alta pressione nel sistema. In sostanza, qualsiasi elemento che abbia una caduta di alta pressione su di esso, genererà rumore e dovrebbe essere incluso nel modello di previsione del rumore per calcolare con precisione la capacità di attenuazione necessaria.
I principali elementi che generano rumore nei sistemi di ventilazione ad alta pressione sono:
Riduzione della pressione e valori di controllo: presenti praticamente in tutti i sistemi di ventilazione.
Tubi / ugelli di sfiato: ultimo elemento nei sistemi di sfiato, ad eccezione di quelli che utilizzano diffusori di silenziatore ad alta pressione.
Diffusori del silenziatore ad alta pressione: se inclusi, solitamente sono progettati per fornire una contropressione specifica alla portata nominale (talvolta utilizzata come dispositivo di sicurezza).
Piastre dell’orifizio: incluse in molti sistemi come regolatore di flusso o dispositivi fail-safe.
Ingranditori (riduttori), intestazioni e transizioni improvvise – inclusi nei sistemi di tubazioni per vari motivi.
Ci sono due fenomeni che producono rumore in un sistema di sfiato ad alta pressione:
Shock noise: si verifica quando esiste una condizione di flusso soffocato
Miscelazione turbolenta: causata dallo strappo dell’aria mentre il gas di sfiato decelera a velocità inferiore. Il rumore d’urto è il più forte dei due. Regolando gli elementi in un sistema di tubazioni è possibile ridurre il rumore dell’ammortizzatore riducendo la grandezza o la quantità delle condizioni di flusso strozzate presenti.
La rivista Sound Vibration Control ha rilasciato un rapporto completo con tutte le specifiche necessarie (elencate in una scheda tecnica) per procedere con la giusta configurazione di un silenziatore industriale.
Silenziatori industriali: un aumento della domanda dovuto a una regolamentazione più restrittiva per le industrie
Le parti integranti dei moderni processi industriali e sistemi di ventilazione, ventilatori industriali, compressori sono le principali cause di emissione di rumore. Se non gestiti correttamente, questi fattori possono portare a problemi di salute e sicurezza, nonché a violazioni delle normative ambientali. Con l’inasprimento delle leggi sulle emissioni di rumore, le strutture industriali sono tenute a rispettare le normative pedissequamente. I silenziatori industriali sono i prodotti tipici utilizzati per attenuare il rumore proveniente dai sistemi di aspirazione e scarico degli impianti industriali. Questi silenziatori possono essere costruiti in uno spazio limitato. All’interno di un sito industriale, l’installazione delle ventole è una delle fonti predominanti.
I silenziatori industriali sono progettati per controllare il rumore in applicazioni specifiche e possono alleviare i problemi nelle strutture di lavoro. Con oltre 50 anni di esperienza negli impianti insonorizzati di Stopson Italiana in una vasta gamma di installazioni, come:
Silenziatori per impianti di ventilazione
Silenziatori per condotti
Silenziatori in linea
Barriere di contenimento
Persiane Acustiche
Silenziatori di scarico per motori a turbina a gas
I silenziatori sono necessari per quasi tutte le installazioni che includono in particolare turbine a gas e generatori di vapore a recupero di calore. I nostri silenziatori di scarico a turbina a gas sono progettati appositamente per funzionare in un ambiente in cui sono simultaneamente esposti a temperature elevate e a flussi turbolenti ad alta velocità.
Stopson Italiana fornisce silenziatori di scarico personalizzati per silenziatori a gas, gruppi elettrogeni e turbocompressori. Costruiti in conformità con gli standard internazionali di qualità, i silenziatori Stopson Italiana rappresentano la soluzione ideale per mantenere il rumore ad un livello gestibile, non interferendo nel contempo con l’efficienza operativa del sistema di aspirazione della turbina.
Gli ingegneri di Stopson Italiana progettano soluzioni ad alto livello insonorizzante per impianti e processi industriali dal 1965. Ogni prodotto fabbricato è testato per soddisfare tutti gli standard industriali applicabili in termini di qualità, longevità e sicurezza.
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