DETERMINAZIONE DEL COEFFICIENTE DI ASSORBIMENTO DI MATERIALI OTTENUTI DALLA TRITURAZIONE DI PNEUMATICI ESAUSTI

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1 Associazione Italiana di Acustica 34 Convegno Nazionale Firenze, giugno 27 DETERMINAZIONE DEL COEFFICIENTE DI ASSORBIMENTO DI MATERIALI OTTENUTI DALLA TRITURAZIONE DI PNEUMATICI ESAUSTI Gino Iannace; Massimiliano Masullo, Ahmad Qandil Centro Interdipartimentale di Servizi Ricerca Applicata - RiAS Laboratorio per il controllo dell ambiente costruito. Facoltà di Architettura L. Vanvitelli Seconda Università di Napoli - Aversa (Ce) 1. Premessa La legislazione vigente vieta il conerimento in discarica o nei termovalorizzatori dei pneumatici al termine della loro vita utile. Un possibile utilizzo dei pneumatici esausti è nel settore dell acustica applicata: dopo averli triturati, in opportune granulometrie, si realizzano materiali onoassorbenti. Scopo del presente lavoro è ornire un modello per la previsione del coeiciente di assorbimento dei materiali granulari provenienti dalla triturazione dei pneumatici esausti. Partendo dalle conoscenza delle proprietà isiche (quali la resistività, la porosità ed il attore di struttura) misurate per ogni intervallo di granulometria, mediante l applicazione di un modello enomenologico è possibile determinare il coeiciente di assorbimento del materiale in prova. Sono state eettuate misure del coeiciente di assorbimento, mediante l uso del tubo di Kundt, (tubo ad onde stazionarie) con l impiego di tecniche FFT. Sono stati poi paragonati gli andamenti teorici con quelli sperimentali del coeiciente di assorbimento in unzione della requenza. 2. Materiali in prova Sono stati realizzati provini a scheletro rigido (Figura 1) utilizzando materiali granulari ottenuti dalla triturazione di pneumatici esausti (densità 1.15 kg/m 3 ). I provini hanno un diametro di 1 mm e spessori di 15 mm, 2 mm e 3 mm. Il materiale è composto da granuli compresi nell intervallo di granulometria [1]: intervallo 2 4 mm (porosità del materiale sciolto:,48) intervallo 4 6 mm (porosità del materiale sciolto:,57) Il materiale granulare sciolto [2] non può essere impiegato direttamente; ma viene mescolato con leganti (poliuretani), e a seguito di un processo alla temperatura di 8 C e alla pressione di 2 bar, si ottiene il materiale a scheletro rigido utilizzato per le prove.

2 Figura 1 Provino del materiale in prova, diametro 1 mm. 3. Determinazione delle proprietà acustiche La misura del coeiciente di assorbimento è eseguita mediante un tubo ad onde stazionarie, con diametro interno di 1 mm, la lunghezza del tubo è di 57 mm, mentre la distanza del primo microono dal provino è di 27 mm, la distanza tra i due microoni è 5 mm. Le dimensioni del tubo sono tali che la misura del coeiciente di assorbimento è soddisacente in un intervallo di requenza compreso tra 3 Hz 18 Hz. Il segnale (rumore bianco) è generato da un altoparlante posto ad una estremità del tubo, mentre nella parte opposta è collocata una terminazione in cui è alloggiato il materiale in prova, su parete rigida. Il coeiciente di assorbimento è ottenuto dalla combinazione delle unzioni di traserimento rilevate nei due microoni di misura, posti all interno del tubo. La misura della resistività R 1, è eseguita con il metodo del lusso d aria alternato. Utilizzando un sistema a camme rotanti, che realizza un lusso d aria alternato ad una requenza di 2 Hz, in accordo con la norma ISO 953 ed UNI EN Si utilizzano gli stessi provini a scheletro rigido, a sezione circolare di diametro di 1 mm, utilizzati per la misura del coeiciente di assorbimento. La misura della porosità Y = V a /V m, deinita come il rapporto tra il volume occupato dall aria e quello occupato da tutto il materiale. La porosità si determina conoscendo sia la densità del materiale prima della triturazione, sia la densità del materiale granulare triturato. Il attore di struttura s, è ottenuto in modo indiretto, dalla conoscenza del primo valore del massimo del coeiciente di assorbimento, secondo la seguente relazione: ( 2n 1) co + s = n =,1,2,... 4 d 2n+ 1 c o [m/s] è la velocità del suono nell aria, n = numero intero (n = corrisponde al primo valore del massimo); d [m] è lo spessore del provino; [Hz] requenza corrispondente al primo valore del massimo. 4. Modello per la determinazione del coeiciente di assorbimento In letteratura sono disponibili modelli monoparametrici in unzione della sola resistività R 1 (Delany e Bazley, Mechel), per la valutazione teorica del coeiciente di assorbimento, ma gli andamenti ottenuti non sono in buon accordo con i dati misurati per i materiali granulari. Pertanto, per la valutazione del coeiciente di assorbimento si im- 2

3 piega un modello enomenologico [3]. Si valutano il numero d onda complesso k m e l impedenza caratteristica Z m, in accordo con le seguenti relazioni: k m = k ( sγ) 1 j µ 1 1 γ 1 1 j θ Z m ρ = c Y ( sγ ) 1 j j µ γ θ k o = ω/c o = 2π/c o è il numero d onda [m -1 ]; è la requenza [Hz]; c o è la velocità del suono nell aria [m/s]; s è il attore di struttura; γ = c p /c v è il rapporto tra il calore speciico a pressione e a volume costante dell aria (γ = 1.41); ρ o è la densità dell aria (kg/m 3 ); Y è la porosità, R 1 è la resistività [kg m -3 s -1 ], µ e θ sono deinite come segue: µ = 1 R1Y 2π ρ s R1 = θ 2πρ N Pr N Pr é il numero di Prandtl (N Pr =.71). Per un materiale poroso, di spessore d, su parete rigida è deinita l impedenza acustica Z, per unità di supericie, in unzione del il numero d onda complesso k m e della impedenza caratteristica Z m, come: Z = jz cot m ( k md ) Deinendo l impedenza acustica per unità di supericie ζ = Ζ/ρ o c o (ρ o c o = 47 [kg m -2 s -1 ] impedenza caratteristica per l aria), è possibile determinare il valore del coeiciente di assorbimento per incidenza normale: α = ζ 2 4 Re ( ζ ) + 2 Re( ζ ) Misura del coeiciente di assorbimento Si riportano gli andamenti del coeiciente di assorbimento in unzione della requenza, nell intervallo 2 Hz 2 khz. La Figura 2, mostra l andamento del coeiciente di assorbimento del materiale granulare sciolto (intervallo di granulometria 2 4 mm, spessore 2 mm,, R 1 = 1.5 [Ns/m 4 ], Y =,48 e s = 3,8), il quale non presenta buone caratteristiche di assorbimento acustico. Si nota un buon accordo tra gli andamenti misurati e calcolati.

4 1 ala Figura 2 Coeiciente di assorbimento, granulare sciolto (2-4 mm-spessore 2 mm). La Figura 3, riporta gli andamenti del coeiciente di assorbimento per un materiale a scheletro rigido (legante poliuretano) con intervallo di granulomtria (2-4 mm), spessore 3 mm; resistività R 1 =4.5 Ns/m 4 ; porosità Y=,48 e attore di struttura s=2,8. 1. ala. Figura 3 Coeiciente di assorbimento, scheletro rigido (2-4 mm- spessore 3 mm). La Figura 4, riporta gli andamenti in unzione della requenza del coeiciente di assorbimento per un materiale a scheletro rigido (legante poliuretano) con intervallo di granulomtria (2-4 mm), spessore 2 mm; resistività R 1 =4.1 Ns/m 4 ; porosità Y=,4 e attore di struttura s=4,6.

5 1. Figura 4 Coeiciente di assorbimento, scheletro rigido (2-4 mm- spessore 2 mm). La Figura 5, riporta gli andamenti in unzione della requenza del coeiciente di assorbimento per un materiale a scheletro rigido (legante poliuretano) con intervallo di granulomtria (4-6 mm), spessore 3 mm; resistività R 1 =4. Ns/m 4 ; porosità Y=,45 e attore di struttura s=4,6. 1. ala ala.. Figura 5 Coeiciente di assorbimento, scheletro rigido (4-6 mm- spessore 3 mm). La Figura 6, riporta gli andamenti in unzione della requenza del coeiciente di assorbimento per un materiale a scheletro rigido (legante poliuretano) intervallo di granulomtria (4-6 mm), spessore 2 mm; resistività R 1 = 4. Ns/m 4 ; porosità Y=,45 e attore di struttura s=4,6.

6 1. ala. Figura 6 Coeiciente di assorbimento, scheletro rigido (4-6 mm-spessore 2 mm). 5. Conclusioni Le igure sopra riportate, mostrano un buon accordo tra gli andamenti dei valori del coeiciente di assorbimento, e quello calcolato. Il modello enomenologico può essere utilizzato per la previsione del coeiciente di assorbimento per i materiali granulari sciolti ottenuti dalla triturazione dei pneumatici esausti, e per materiali a scheletro rigido ottenuti mescolando i materiali granulari con i poliuretani come legante. Per esigenze di sintesi non sono riportati gli andamenti del coeiciente di assorbimento per i materiali a scheletro rigido ottenuti mescolando i materiali granulari con polioleine come legante (questo legante per essere eicace deve essere mescolato con il materiale sciolto a una temperatura di 18 C e a una pressione di 3 bar). I valori elevati di pressione e di temperatura causano la ormazione di un ilm che riduce il passaggio dell aria, con un aumento della resistività, e con una riduzione signiicativa del coeiciente di assorbimento. Questi materiali, presentando una riduzione del coeiciente di assorbimento, sono da ritenersi non idonei come materiali onoassorbenti. Bibliograia [1] Iannace G., Maei L., Masullo M. Proprietà acustiche di materiali granulari ottenuti dalla triturazione di pneumatici uori uso Atti del 33 Convegno Nazionale dell Associazione Italiana di Acustica - Ischia 26 [2] Swit M.J., Bris P., Horoshenkov K.V. Acoustic absorption in re.cycled rubber granulate Applied Acoustic n. 57 (1999) pp [3] Hamet, J.F. and Bérengier, M., (1993), Acoustical characteristics o porous pavements: A new phenomenological model, Proc. Internoise 93, Leuven, Belgium, pp