Redução do ruído com introdução de um chanfro nos dentes da serra

Além da solução dos silenciadores para redução do ruído também foi desenvolvida outra solução que atua de forma distinta. Esta solução, como já explicado anteriormente, atua sobre a força exercida pelos vórtices e não sobre a resposta, como é o caso dos silenciadores. Enquanto os silenciadores

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 -150 -100 -50 0 50 100 150 Tempo [s] A ce le ra çã o [ m /s 2 ] Amortecido Não amortecido Serra Corpo de injeção Plataforma elevatória Estrutura da máquina

dissipam a energia vibratória, esta faceta nos dentes da serra reduz a força que os vórtices exercem e por consequência obtém-se menores amplitudes de vibração. De forma a poder estudar a sua eficiência na atenuação da pressão sonora, efetuou-se a um “chanframento” dos dentes da serra com uma inclinação de 30º, tal como se mostra na Figura 5.51.

Figura 5.51 – “Chanframento” dos dentes da serra para redução do ruído por efeito aerodinâmico.

Procedeu-se posteriormente a uma medição do 𝑁𝑃𝑆 da serra com um chanfro nos dentes (a verde) em comparação com a serra original (a vermelho), Figura 5.52 e pode observar-se uma redução do 𝑁𝑃𝑆 considerável.

Figura 5.52 – Nível de pressão sonora da serra inicial (vermelho) e da serra com o chanfro nos dentes (verde).

Devido ao bom desempenho da solução apresentada optou-se por comparar com a melhor solução encontrada até ao momento que foi a serra com silenciadores preenchidos com o polímero viscoelástico. Consegue-se perceber uma redução do nível de ruído entre o gráfico amarelo que representa a serra com silenciadores e com o polímero, com o gráfico a verde da serra com o chanfro nos dentes da Figura 5.53, devendo ser uma redução na ordem dos 2,5 𝑑𝐵, aproximadamente, o que a este nível é bastante bom.

𝑁𝑃 𝑆 [𝑑 𝐵 𝐴 ] NPS serra inicial NPS serra c/ chanfro 𝜔𝑅[𝑟𝑝𝑚]

Figura 5.53 – Nível de pressão sonora da serra com silenciadores e o polímero injetado e a serra com o chanfro nos dentes.

Por fim, de forma a posicionar no mercado a solução encontrada, efetuou-se uma comparação com a concorrência de referência. Na Figura 5.54 pode observar-se o ensaio de ruído efetuado comparando com uma serra da concorrência (cinzento) e a serra com o chanfro nos dentes (verde) e a diferença no 𝑁𝑃𝑆 é aproximadamente 3 − 4 𝑑𝐵 o que coloca a solução encontrada numa boa posição em termos de redução de ruído de funcionamento.

Figura 5.54 – Nível de pressão sonora da serra concorrente (cinzento) e da serra com o chanfro nos dentes (verde).

5.4 Conclusão

Ao longo deste capítulo foram efetuados vários ensaios experimentais e simulações numéricas de escoamentos em torno de corpos de secção retangular. Este estudo resultou da necessidade na caracterização do escoamento em torno dos dentes de uma serra circular e para conhecer a sua influência nas vibrações e ruído da mesma. Este estudo assume particular importância porque se trata de fatores preponderantes para o bom funcionamento das serras. Como é conhecido, as serras circulares têm varias espessuras e diferente número de dentes, logo o comprimento dos dentes e o passo entre eles varia bastante. De forma a perceber a razão pela qual algumas serras vibram mais do que outras, para além de

𝑁𝑃 𝑆 [𝑑 𝐵 𝐴 ] NPS serra c/ silenciadores e polímero NPS serra c/ chanfro 𝜔𝑅[𝑟𝑝𝑚] 𝑁𝑃𝑆 [ 𝑑𝐵 𝐴 ] NPS serra c/ chanfro NPS serra concorrente 𝜔𝑅[𝑟𝑝𝑚]

fatores já referidos em capítulos anteriores, a excitação devido à força alternada dos vórtices deve ser tida em consideração.

Devido à complexidade do problema e ao facto do escoamento ser turbulento para estes estudos é exigido um elevado poder computacional. Por isso optou-se por simplificar o problema variando apenas um parâmetro de cada vez. De acordo com a literatura científica da especialidade o escoamento em torno dos dentes de uma serra apenas apresenta fenómenos bidimensionais o que torna possível a realização de uma simulação 2𝐷. Apesar da interação entre os dentes ser um fator que altera a formação dos vórtices, para se estudar a força de sustentação em função do comprimento dos dentes foi utilizada apenas uma barra de secção retangular, de modo a simplificar o problema e obter informação que permitisse validar a simulação numérica. Outro facto que altera a formação dos vórtices é o passo entre os dentes de uma serra circular pelo que para este estudo, foram também efetuados ensaios com duas barras de secção retangular e variada a distância entre elas. Como o objetivo principal deste estudo era a atenuação da vibração de uma serra circular, pretendia-se compreender o fenómeno da geração dos vórtices para encontrar uma solução que levasse à dissipação da energia dos mesmos.

O comprimento da secção retangular, razão de aspeto ∅, influencia a geração dos vórtices, fazendo variar a força alternada criada por estes em função do comprimento. Em função da razão de aspeto existem 3 zonas com geração de vórtices distintas. Na primeira zona de razão de aspeto inferior a 2, a força gerada pelos vórtices é mais elevada mas existe alguma desorganização dos vórtices na esteira do elemento fazendo com que a frequência de desprendimento possa variar. Na segunda zona com uma razão de aspeto compreendida entre os 2 a 6, passa a existir uma zona de recirculação na face lateral da secção retangular o que torna a força alternada de menor amplitude. Na terceira zona, onde a razão de aspeto é superior a 6, a secção retangular atinge um comprimento tal que leva ao desprendimento de vórtices na face lateral, passando a existir dois tipos de vórtices no escoamento, os do tipo 𝐿 e do tipo 𝑇, que se formam na face lateral e no vértice do bordo de fuga, respetivamente.

A existência de um elemento a jusante de outro provoca uma alteração considerável no escoamento, influenciando a geração dos vórtices. Logo, a distância entre dois elementos, passo da serra, é bastante importante pois, quando demasiado pequena, impede a completa formação dos vórtices entre os dois elementos e possibilita a geração de forças de sustentação menores. No entanto, quando a distância entre os dois elementos é suficiente para a completa formação do vórtice atinge-se a máxima força de sustentação, porque os vórtices gerados nos dois elementos encontram-se em fase. A partir dessa distância, à qual ocorre um sincronismo, a força de sustentação diminui pois a formação dos vórtices começa a ocorrer com uma diferença de fase.

A solução encontrada para a atenuação da força de sustentação provocada pelos vórtices foi a realização de um chanfro no bordo de fuga de cada dente. Como num elemento de secção retangular a geração dos vórtices ocorre nos vértices do bordo de fuga, sendo formados dois vórtices em fase que somados resultam na força exercida por estes sobre as barras. Por isso, ao efetuar um “chanframento” no bordo de fuga provoca-se uma atenuação na força total exercida pelos vórtices sobre as barras devido à mudança de fase entre estes. Sendo esta solução possível de aplicação aos dentes das serras circulares e consequentemente a redução da amplitude de vibração resultante da excitação por parte dos vórtices.

A outra forma de redução do ruído consiste na introdução de silenciadores no corpo da serra. Esta forma atua de modo diferente da anterior pois a sua incidência é sobre a resposta vibratória ao estímulo. Esta abordagem consiste na introdução de amortecimento no corpo da serra de forma a reduzir a amplitude vibratória. Após este trabalho ficou claro que a colocação de silenciadores pode levar à atenuação do ruído de funcionamento das serras circulares. De igual forma se prova que para redução

efetiva do ruído são necessárias várias abordagens analisando a interação entre os vários mecanismos de produção de ruído pois interagem entre si.