Do diagnóstico à solução - rápido

Os engenheiros da indústria automotiva continuam sob pressão para reduzir o tempo de colocação no mercado, enquanto projetam veículos com relação a ruído, vibração e aspereza (NVH). Com milhares de componentes interagindo dentro da estrutura de um veículo, é difícil prever e projetar o ruído. Os engenheiros devem antecipar problemas e ter as ferramentas e os conhecimentos certos para identificar e resolver problemas de NVH na fase final.

Métodos de tentativa e erro sem êxitoEm um caso, a Vibroacústica conseguiu ajudar um cliente que trabalha há meses, com algum sucesso, a identificar a fonte de um problema de ruído no veículo interior, iniciado quando o sistema de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC) foi modificado. Em velocidades de 1300 a 1500 rpm, o ruído interno aumentou em torno de 10 dB.

Os engenheiros estavam tentando descobrir se a fonte do ruído era o próprio sistema HVAC ou se era o caminho que transmitia o som. A transmissão de ruído HVAC envolve várias fontes e caminhos e várias frequências naturais acopladas. Portanto, era difícil identificar a principal fonte de ruído e o caminho principal pela metodologia tradicional de tentativa e erro.

Método de contribuição do caminho de origemA Vibroacústica é parceira da Brüel & Kjær desde 2010 e fornece serviços de engenharia para toda a América Latina, especializada em aplicações de ruído, vibração e termodinâmica. Ele também tem experiência trabalhando em compressores usados para refrigeração.

Os engenheiros da Vibroacústica trabalharam com os engenheiros de seus clientes e aplicaram métodos avançados, incluindo técnicas de contribuição do caminho de origem (SPC), análise modal experimental e análise de formas de deflexão operacional (ODS) para entender completamente o problema.

O método SPC foi fundamental para identificar a causa do ruído e indicar uma direção a seguir. Esse método fez com que os engenheiros pudessem entender como as vibrações evoluíram do sistema HVAC para efeitos na posição do receptor e permitiram rastrear o ruído de volta à causa raiz específica.

Entendendo a causaEntender a causa do problema é essencial para alcançar uma solução bem-sucedida. Os engenheiros usaram um mapa de propagação de energia para visualizar como a energia era propagada da fonte para o interior do veículo na forma de ruído. Esse mapa os ajudou a elaborar suas hipóteses e a aplicar o método SPC.

A partir do mapa de propagação de energia, foi construído um diagrama de hipóteses, que apresentava possíveis causas que poderiam gerar o problema.

Encontrando a melhor respostaUsando essas metodologias, a equipe de engenharia descobriu que a principal causa do problema era o novo compressor, que possuía uma alta pulsação de gás de descarga que excitava a frequência natural do condensador, juntamente com a frequência natural do chassi dianteiro.

Havia várias opções para alterar o caminho da transmissão de energia estrutural: trocar o chassi, trocar o condensador e/ou trocar as almofadas de montagem do radiador/condensador. No entanto, a equipe sabia que muitas vezes é mais complexo e menos eficaz buscar esse tipo de solução, pois eles podem correr o risco de mudar o problema para outra rotação ou frequência. Um tipo alternativo de solução é reduzir a excitação, ou seja, reduzir o pulso que atinge o condensador.

Dez configurações de filtro com diferentes volumes foram avaliadas para atender ao critério de atenuação de 15 dB em torno de 130 Hz

Considerando o tempo disponível, os engenheiros decidiram introduzir um filtro acústico reativo na tubulação de alta pressão entre o compressor e o condensador. O volume foi definido por simulação numérica, utilizando o método dos elementos finitos acústicos. A redução de ruído foi simulada e várias configurações de filtro com diferentes volumes foram avaliadas para atender ao critério de atenuação de 15 dB em torno de 130 Hz.

Solução validadaPara confirmar a solução proposta, um protótipo foi construído e testado em um veículo. Os resultados do nível de pressão interna mostraram uma redução de 10 dB a 1350 rpm. Portanto, a solução proposta reduziu com êxito os níveis de ruído interno para os mesmos níveis de quando o sistema de ar condicionado estava desligado.

Em apenas 10 dias, os engenheiros foram capazes de identificar claramente a principal causa de ruído dentro do veículo e desenvolver e validar uma solução baseada em testes de protótipo, demonstrando a vantagem significativa de aplicar metodologias e simulações relevantes a esses tipos de problemas. Nível geral de pressão sonora medido no interior do veículo em função da velocidade do motor quando a CA está ligada e desligada.

De fato, o Vibroacústica continua a aplicar essas soluções em diferentes situações para solução de problemas, benchmarking e para obter uma compreensão mais profunda dos problemas. Como explica Edmar Baars, um dos fundadores da Vibroacústica: “Usamos a metodologia SPC para estimar as forças operacionais e, em seguida, usamos essas forças para simular o ruído interno e desenvolver soluções de controle de ruído por simulação, procurando o nível e o espectro de ruído interno. O método SPC é uma ferramenta inestimável que pode identificar caminhos e soluções principais, avaliar modificações, comparar a sensibilidade do subsistema e estimar a força das excitações.”