Estudo do comportamento vibratório em tubos ressonantes utilizando síntese modal de componentes

Abstract

As cavidades ressonantes acopladas em dutos (do tipo ramificação lateral), também conhecidos como “Quarter-Wavelength Tube”, funcionam como filtros acústicos capazes de atenuar significativamente o ruído em amplas faixas de frequência. Estes filtros podem ser empregados em diversas aplicações, principalmente nos sistemas tubulares presentes em indústrias, edifícios e veículos. Estas cavidades ressonantes tem como princípio de funcionamento a reflexão sonora devido à mudança de seção transversal entre as estruturas acopladas, neste caso, entre o duto principal e a ramificação lateral. Porém, ao introduzir um novo elemento estrutural no sistema original de dutos, a dinâmica vibratória do sistema resultante deverá ser analisada de modo a garantir a integridade estrutural e evitando assim, possíveis ressonâncias. Para isto, a análise modal é uma ferramenta clássica e eficiente para estimativa das frequências naturais e modos de vibração. No entanto, os sistemas tubulares aplicados para fins de aquecimento, ventilação e ar-condicionado, geralmente possuem grandes dimensões tanto em área transversal quanto em comprimento. Para realização da análise modal, metodologias experimentais e numéricas são as mais utilizadas. Mas diante da complexidade destes sistemas e principalmente das grandes dimensões geométricas, o método de Síntese Modal de Componentes (SMC) surge como uma alternativa às anteriores, principalmente em termos de redução de tempo e custo computacional. A SMC trabalha com modelos reduzidos de subestruturas do sistema original, e posteriormente, estas são sintetizadas de modo a obter a dinâmica do sistema completo. Diante deste contexto, o objetivo deste trabalho é implementar a técnica de SMC em um sistema duto-ressonador lateral utilizando modelagem em elementos finitos. A validação do modelo sintetizado foi feita através da modelagem do sistema completo (original) também em elementos finitos. Os resultados obtidos se mostraram satisfatórios, demonstrando eficiência e redução do tempo e do custo computacional quando é utilizado a SMC.