Desenvolvimento de um tubo para medição de desempenho acústico de materiais para uso subaquático

Abstract

O desenvolvimento do tubo de impedância preenchido com água, para determinação do coeficiente de desempenho, neste caso a perda por inserção, permite caracterizar materiais de uso subaquático a serem utilizados na aplicação do projeto de submarinos e em câmaras acústicas de túneis de cavitação. Este trabalho foi desenvolvido com objetivo de comissionar e testar o tubo de impedância com e sem amostra e verificar o comportamento vibro-acústico por meio de elementos finitos utilizando o software comercial ANSYS. O tubo foi fabricado em aço inox de parede grossa, posicionado verticalmente e preenchido com água, instrumentado com um transdutor acústico posicionado na parte inferior, concebido para realizar ensaio com ondas planas na faixa de frequência de 500 Hz a 4 kHz. Basicamente, a análise deste tubo pode ser dividida em duas partes: a primeira consiste no ensaio da velocidade do som na água em meio confinado e a segunda engloba os experimentos de perda por inserção. Este ensaio é realizado com amostras que são inseridas dento do tubo a uma profundidade de 1 m do topo e são suspensas por corda de nylon. Um hidrofone sonda é posicionado atrás da amostra para receber o sinal transmitido. Em seguida, a amostra é removida e o hidrofone é posicionado novamente no mesmo local para receber o sinal na ausência da amostra. O sinal é medido novamente, e a razão entre estes dois é a Perda por Inserção (IL Insertion Loss). Os ensaios foram realizados em quatro amostras, três de polimetil-metacrilato de 3 mm, 6 mm e 10 mm e um elastômero sintético de 8 mm. As velocidades do som dos experimentos dento do ambiente subaquático apresentaram valores próximos do analítico e das equações empíricas. Os ensaios de perda por inserção do polimetil-metacrilato resultaram em torno de 0 dB, sendo classificado como material acusticamente transparente. Entretanto, o elastômero sintético apresenta um comportamento menos permeável às ondas acústicas, sendo classificado como material acusticamente absorvente.

Abstract : The development of the water-filled impedance tube, in order to determine the performance coefficient, in this case insertion loss, allows the characterization of underwater materials to be used in the application of the submarine design and in acoustic chambers of cavitation tunnels. This work was developed with the objective of commissioning and testing the impedance tube with and without sample and verifying the vibro-acoustic behavior through finite element analysis using commercial ANSYS software. The tube was made of thick-walled stainless steel, vertically positioned and filled with water, instrumented with an acoustic transducer positioned at the bottom, designed for testing with flat waves in the 500 Hz to 4 kHz frequency range. Basically, the analysis of this tube can be divided into two parts: the first consists of the test of the velocity of sound in water in confined medium, and the second encompasses the experiments of loss by insertion. This test is performed with samples that are inserted in the tube at a depth of 1 m from the top and are suspended by nylon strings. A probe hydrophone is positioned behind the sample to receive the transmitted signal. The sample is then removed and the hydrophone is again positioned in the same location to receive the signal in the absence of the sample. The signal is measured again, and the ratio between these two is the Insertion Loss (IL). The tests were performed on four samples, three polymethyl methacrylate of 3 mm, 6 mm and 10 mm and a synthetic 8 mm elastomer. The sound velocities of the experiments under the underwater environment presented values close to the analytical and the empirical equations. The insertion loss tests of the polymethyl methacrylate resulted around 0 dB, being classified as acoustically transparent material. However, the synthetic elastomer presents a behavior less permeable to acoustic waves, being classified as acoustically absorbent material.