¿Qué es el ruido, la vibración y la aspereza (NVH)?
El ruido, la vibración y la aspereza (a menudo abreviados NVH, por sus siglas en inglés) consisten en la medición y modificación de los ruidos y vibraciones generados por una máquina. El NVH se centra principalmente en vehículos de pasajeros, como coches y camiones, en los que el ruido y la vibración son factores clave para el confort del usuario.
¿Por qué es importante el NVH?
El ruido y la vibración son elementos que impactan en la experiencia del pasajero en un vehículo. La optimización NVH permite a los fabricantes del sector de automoción limitar los sonidos y sensaciones no deseados (como estruendos fuertes y vibraciones bruscas) a la vez que reforzar los deseables (como el rugido de un coche deportivo o una motocicleta). Los vehículos eléctricos, con sus distintos sistemas de propulsión y exigencias de reducción de peso, plantean desafíos únicos.
En consecuencia, la gestión adecuada del NVH en un vehículo de pasajeros es fundamental para mejorar el confort y la seguridad, aumentar la calidad percibida y diferenciar una marca de su competencia.
¿Qué es el ruido?
Los sonidos emitidos por el funcionamiento de una máquina se denominan ruido, una magnitud física objetiva que abarca frecuencias audibles que se pueden medir en hercios (Hz); a menudo los problemas se concentran en el rango de decenas de Hz a varios kHz (usualmente de 20 a 5000 Hz, e incluso más en ocasiones). El ruido se transmite principalmente al pasajero a través del aire (ruido aéreo).
¿Qué es la vibración?
La oscilación mecánica que se percibe en una máquina durante su funcionamiento se denomina vibración, y suele tener un mayor impacto en el rango de unos pocos Hz a unos pocos cientos de Hz, en la mayoría de los casos de 1 a 200 Hz. La vibración se transmite principalmente al pasajero a través de la estructura (transmisión estructural).
¿Qué es la aspereza?
La aspereza es la experiencia subjetiva de la mezcla de ruido y vibración. Suele evaluarse mediante pruebas de usuarios, pero no todos los ruidos y vibraciones resultan igual de molestos para todas las personas.
Fuentes de NVH en los coches
Las fuentes de NVH en los coches se dividen en tres categorías: aerodinámicas, mecánicas y eléctricas.
- Aerodinámicas: Creadas por el viento, el flujo de aire contra la carrocería del coche y los sistemas de HVAC (sistemas de climatización). Incluyen vibraciones aeroacústicas y sonidos como aullidos, silbidos y zumbidos, tanto tonales como de banda ancha.
- Mecánicas: Creadas por el funcionamiento del tren motriz, la fricción de los frenos y la fricción de los neumáticos. Incluyen ruido y vibraciones de rodadura, ruido de combustión, zumbido de engranajes, entre otros, tanto tonales como de banda ancha.
- Eléctricas: Creadas por alternadores, motores de vehículos eléctricos e inversores de vehículos eléctricos. A menudo se escuchan como silbidos agudos y ruidos tonales.
Cómo optimizar la gestión del NVH
El ruido aéreo se aborda principalmente mediante el sellado, la absorción y las barreras; el amortiguamiento de los paneles vibrantes también puede reducir este ruido indirectamente al disminuir la radiación sonora. Las vibraciones transmitidas por la estructura, por ejemplo, a través del volante, el suelo o el asiento, se gestionan mediante el aislamiento (soportes/casquillos) y el amortiguamiento al interior de la estructura.
Amortiguamiento
En los materiales NVH y para automoción, el amortiguamiento limita las vibraciones mecánicas al convertir la energía de estas en calor.
Los materiales viscoelásticos son a la vez elásticos (efecto resorte) y viscosos (de comportamiento fluido). Cuando se aplica una fuerza física lenta, sus moléculas se desplazan unas contra otras, como en un fluido, creando una fricción que disipa la energía física en forma de calor. Esto les otorga un alto factor de pérdida, o capacidad para convertir la fuerza física en calor, lo que les permite absorber las vibraciones en lugar de transmitirlas al resto del vehículo.
Aislamiento versus amortiguamiento
Aislamiento y amortiguamiento son conceptos distintos. El aislamiento reduce la transmisión de fuerza al desacoplar la fuente de la estructura (muelles, soportes de caucho/TPE), y se ajusta mediante rigidez y geometría. Ciertos aisladores son viscoelásticos, lo que proporciona, adicionalmente, un amortiguamiento útil. Por otro lado, el amortiguamiento convierte la energía vibratoria en calor al interior de los materiales viscoelásticos o los parches de amortiguamiento de capa restringida (CLD), lo que reduce la resonancia y la radiación de paneles.
Los polímeros viscoelásticos, incluidos los elastómeros y los elastómeros termoplásticos, son los materiales más utilizados para el amortiguamiento del NVH, tanto en componentes de aislamiento como en materiales de amortiguamiento. A continuación, más información sobre los materiales de alto factor de pérdida suministrados por Kuraray.
Proceso de optimización
La optimización del NVH comienza con la medición mediante métodos objetivos (micrófonos, acelerómetros, dinamómetros, etc.) y métodos subjetivos (pruebas de aspereza basadas en experiencias de usuarios). Mediante una combinación de modelado acústico y pruebas en condiciones reales, los ingenieros seleccionan los diseños y materiales adecuados para limitar los problemas de NVH.
Patrones de diseño con bajo nivel de NVH en el sector de la movilidad
Los sistemas de aislamiento fabricados con materiales elastoméricos con propiedades de amortiguamiento inherentes son un elemento crucial del diseño de automoción. Entre los aisladores de vibración más comunes, se incluyen los soportes y casquillos de la caja de cambios, los soportes y casquillos del motor eléctrico, las capas de desacoplamiento de la batería y los desacopladores del salpicadero/consola.
Otros componentes requieren amortiguamiento o aislamiento, dependiendo de su función. Los soportes y las tuberías de los compresores de HVAC dependen principalmente del aislamiento mediante soportes elastoméricos, aunque su viscoelasticidad ofrece cierto amortiguamiento secundario. Las almohadillas interiores contra chirridos y traqueteos actúan como auténticos elementos de amortiguamiento que suprimen el ruido y las microvibraciones inducidas por la fricción. Por otro lado, el aislamiento del ruido de rodadura funciona principalmente como un sistema de absorción y barrera, en lugar de un tratamiento de amortiguamiento. Un amortiguamiento eficaz de los paneles y almohadillas interiores es especialmente importante, ya que el traqueteo de los mismos constituye uno de los ruidos más fuertes y próximos para el usuario durante la conducción.
Otras soluciones NVH son más comunes en los sectores de industria y construcción, electrónica, y en ciertas áreas del sector transporte, como suelos flotantes en trenes, soportes amortiguados de equipos en aviones y sellado de escotillas en embarcaciones.
Selección de elastómeros y TPEs para el NVH en el sector de la movilidad
Los elastómeros y los elastómeros termoplásticos (TPEs) son altamente personalizables y se adecuan a casi cualquier aplicación de amortiguamiento NVH, tanto en sistemas de aislamiento como en amortiguamiento general.
- Dureza: considere la dureza requerida para su aplicación. Las opciones van desde geles de elastómero termoplástico muy blandos hasta plásticos rígidos y duraderos.
- Capacidad de amortiguamiento: priorice las propiedades mecánicas clave, como la capacidad de amortiguamiento (mayor factor de pérdida) y la elasticidad, y determine las temperaturas y frecuencias requeridas para su aplicación.
- Densidad: cuando el peso sea un factor importante, priorice los materiales que ofrezcan un alto amortiguamiento a una baja densidad.
- Fatiga y propagación de grietas: para obtener componentes duraderos, asegúrese de que las piezas que se someterán a compresión o tensión repetidas utilicen materiales resistentes a la fatiga y la propagación de grietas.
- Resistencia química y al aceite: identifique a qué estará expuesto el material, especialmente si se va a utilizar en sistemas de aislamiento en el interior del tren motriz.
- Procesamiento: tenga en cuenta el procesamiento, la reducción de peso y la reciclabilidad al comparar los elastómeros termoplásticos remoldeables con los cauchos termoestables tradicionales.
- Compatibilidad: en el caso de aplicaciones de moldeo por inyección, sobremoldeo, unión o uso de adhesivos poliméricos. Compruebe la compatibilidad del material con los sustratos. Compruebe la compatibilidad del factor de forma cuando se decida su uso en piezas moldeadas, laminados, películas o adhesivos sensibles a la presión.
Materiales para reducir el ruido, la vibración y la aspereza
Los elastómeros, entre los que se incluyen el caucho y el poliuretano, ofrecen principalmente aislamiento al ajustar la rigidez para reducir la transmisión de fuerza; asimismo, su viscoelasticidad inherente contribuye a un amortiguamiento secundario. El cloruro de polivinilo se utiliza con mayor frecuencia como barrera acústica o material aislante debido a su densidad y flexibilidad, en lugar de como medio de amortiguamiento principal.
En cambio, los polímeros viscoelásticos formulados específicamente para el amortiguamiento, como los que se utilizan en láminas de amortiguamiento especializadas y sistemas de amortiguamiento de capa restringida (CLD), se encuentran entre los materiales más eficaces para reducir la vibración estructural y el ruido radiado.
Elastómeros y TPEs de Kuraray
Los polímeros viscoelásticos combinan las propiedades del caucho y el plástico en un material duradero, altamente procesable, eficaz en un amplio rango de temperaturas y excelente para absorber y disipar energía.
HYBRAR™
El exclusivo copolímero en bloque HYBRAR™ es el producto estrella de Kuraray que ofrece un excelente amortiguamiento acústico y vibratorio en un amplio rango de temperaturas. HYBRAR™ es también un componente clave en compuestos flexibles con rendimiento de amortiguamiento superior. Asimismo, funciona como modificador de plásticos para automóviles, como el ABS y el PBT, aportándoles propiedades de amortiguamiento vibratorio que mejoran el NVH (ruido, vibración y aspereza) en el interior de los vehículos.
SEPTON™
La serie SEPTON™ de copolímeros en bloque estirénico de Kuraray ofrece una alta elasticidad, excelentes propiedades mecánicas, alta resistencia al calor, buen rendimiento a bajas temperaturas y buena resistencia química y a la intemperie. Como un TPE seguro, duradero y de fácil procesamiento, con elasticidad similar a la del caucho, es un sustituto ideal para los cauchos de curado lento en materiales del sector de automoción.
KURARAY LIQUID RUBBER
Para el amortiguamiento vibratorio a base de caucho, Kuraray ofrece KURARAY LIQUID RUBBER, un plastificante y taquificante flexible y covulcanizable con cauchos base. KURARAY LIQUID RUBBER puede reducir el tiempo de mezclado y el consumo de energía, ofrece una mayor durabilidad y está disponible en una diversidad de grados para una amplia gama de aplicaciones. Para obtener cauchos con excelentes propiedades de amortiguamiento, solicite nuestro caucho de estireno-butadieno líquido (L-SBR).
Características y ventajas
- Opciones basadas en TPE y caucho
- Potente amortiguamiento acústico y vibratorio
- Excelente resistencia al calor y a la intemperie
- Mejor procesabilidad
Aplicaciones
- Sector de automoción
- Movilidad: transporte ferroviario, marítimo y aéreo
- Industria y construcción
- Componentes electrónicos
Conclusión
Los polímeros viscoelásticos, como los elastómeros termoplásticos, son materiales ideales para el amortiguamiento de NVH tanto en sistemas de aislamiento como de amortiguamiento estructural. Para obtener más información sobre el uso de los elastómeros de Kuraray en el amortiguamiento de NVH, póngase en contacto con nuestros expertos mediante el formulario de contacto que encontrará a continuación.
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