DIENCA

"Progettazione e realizzazione di un’apparecchiatura per la misura delle resistenza al flusso d’aria a norma UNI EN 29053"

Tesi di Laurea di: Francesco Pompoli - Relatore: Prof. Massimo Garai
Facoltà di Ingegneria - Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica
Data esame: 15/07/98 - Voto esame: 100/100 e lode



Con il presente lavoro è stata realizzata un’apparecchiatura da laboratorio per la misura della resistenza al flusso d’aria dei materiali porosi e fibrosi utilizzati in acustica, rispondente alle specifiche richieste dalla norma UNI EN 29053.
Questo parametro fisico, legato alla struttura meccanica del materiale, è definito come rapporto tra la differenza di pressione che si genera ai capi di un provino di materiale attraversato da un flusso d’aria e la portata del flusso stesso; la difficoltà principale si incontra nella misurazione di queste due grandezze a causa della bassa velocità di attraversamento dell’aria prescritta dalle norme (0,5 mm/s) e della conseguente bassa differenza di pressione.



Principio di misura della resistenza al flusso d'aria.

Il progetto ha comportato un approfondimento dei fenomeni fisici alla base del principio di misura della resistenza al flusso, uno studio delle caratteristiche costruttive necessarie al corretto funzionamento dell’apparecchiatura di misura, con un’attenzione particolare rivolta alla parte meccanica di generazione della portata d’aria, ed un’accurata valutazione delle specifiche richieste dalla catena di misura. Fonte di riferimento principale è stata la norma:

UNI EN 29053:1993, "Determinazione della resistenza al flusso d’aria".

Tale normativa, descrive due metodi per la misura della resistenza al flusso d’aria: il metodo con flusso continuo e quello con flusso alternato. Dopo un’attenta valutazione delle possibili varianti costruttive e delle difficoltà realizzative e operative che ciascuna di esse avrebbe comportato, si è giunti alla scelta del metodo con flusso d’aria alternato, con un sistema di generazione costituito da un pistone con legge di moto sinusoidale azionato da un sistema camma-piattello, e si è quindi realizzato il progetto costruttivo di tutta l’apparecchiatura.



Vista d'insieme dell'apparecchiatura per la misura della resistenza al flusso.



L'apparecchiatura con il portaprovini aperto.



Il sistema di generazione del flusso d'aria alternato a 2 Hz.

Si è quindi proceduto ad una serie di misure volte alla verifica del corretto funzionamento dell’apparecchiatura; a questo scopo sono state eseguite:

1) prove di calibrazione con diverse corse del pistone, per verificare la tenuta del sistema e le corrette dimensioni delle eccentricità delle camme;
2) prove sistematiche di ripetibilità della misura;
3) prove su diversi materiali per definire l’intervallo di valori all’interno del quale la misurazione si può considerare valida.



Livelli sonori misurati all'interno dell'apparato in funzione della velocità del pistone.

Dalle misure di resistenza al flusso d’aria effettuate con l’apparecchiatura su materiali fonoassorbenti di diversa conformazione si possono trarre diverse considerazioni:

a) la ripetibilità della misura con l'apparecchiatura costruita è decisamente elevata, essendo stato calcolato un errore percentuale minore dell’ 1% sulle misure ripetute a breve distanza di tempo di uno stesso provino ogni volta posizionato nel previsto alloggiamento.
b) Il valore del livello istantaneo di pressione è pressochè costante durante la singola misura, per cui è sufficiente valutare il livello equivalente di pressione per poche decine di secondi, nel caso di assenza di fenomeni transitori esterni che possano influire sul contenuto energetico della banda centrata sui 2 Hz.
c) Per tutti i materiali in prova è stato trovato un andamento rettilineo della resistività al flusso praticamente orizzontale rispetto alla velocità efficace di attraversamento del flusso (vedere figura); da ciò si deduce che il moto all’interno dei singoli pori (o tra le fibre) è laminare per le velocità di attraversamento di prova e che quindi la porosità "acustica" dei materiali testati è elevata.



Esempio di risultati di misura della resistenza al flusso.

Nella seconda parte del lavoro è stata applicata una delle principali possibiltà offerte dalla conoscenza della resistività al flusso d’aria dei materiali fonoassorbenti. Sono stati infatti considerati diversi modelli matematici che permettono di calcolare, in funzione della sola resistività al flusso, le caratteristiche acustiche di alcune classi di materiali, ed in particolare l’impedenza caratteristica e la costante di propagazione del suono nel materiale, dai quali è possibile ricavare anche il coefficiente di assorbimento acustico per incidenza normale. Sui sedici materiali oggetto delle prove di resistività è stata eseguita una misura del coefficiente di assorbimento acustico per incidenza normale con il "metodo della funzione di trasferimento" (ISO 10354-2); contemporaneamente, attraverso l’applicazione dei modelli matematici, sono state ottenute le curve di assorbimento teoriche. Dal confronto tra le curve teoriche e sperimentali si possono trarre le seguenti conclusioni:

I) i materiali tradizionali, per i quali i modelli matematici utilizzati sono stati sviluppati, presentano curve teoriche molto vicine a quelle misurate; questo significa che i valori di resistività al flusso d’aria misurati con l’apparecchiatura progettata sono sostanzialmente corretti e che i modelli matematici sono effettivamente affidabili (in figura un esempio della validità del modello di Delany-Bazley per lana di vetro).



Confronto tra valori teorici (modello di Delany & Bazley con r=17600) e valori misurati nel tubo di Kundt con il metodo della funzione di trasferimento a norma ISO 10354-2.

II) Per i materiali composti da fibre di poliestere, per i quali non esiste un modello matematico specifico, non è possibile utilizzare il modello di Delany-Bazley (nonostante la natura fibrosa del materiale) a causa della sistematica sovrastima dei valori di assorbimento calcolati dal modello rispetto a quelli sperimentali.



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