Desacoplamento acústico do zumbido do compressor: absorver a vibração de baixa frequência

O zumbido persistente de baixa frequência de uma unidade exterior de split portátil tem um caráter diferente do ruído de banda larga do ventilador que domina as especificações em dB(A). O ruído do ventilador a 300–3,000 Hz é prontamente absorvido por paredes, portas e lajes de pavimento; a vibração do compressor a 10–100 Hz atravessa as estruturas sólidas quase sem obstáculos, entrando em ressonância com vigas de pavimento, caixilhos de janela e paredes divisórias interiores, para produzir o zumbido transmitido pela estrutura que leva ao desespero quem tem o sono leve e os vizinhos do piso de baixo. O desacoplamento acústico do zumbido do compressor começa por compreender que não se está a atenuar som transmitido pelo ar — está-se a interromper um percurso de transmissão de vibração mecânica.

O que causa o zumbido acústico de baixa frequência de uma unidade exterior de split portátil?

Uma unidade exterior de split portátil gera um zumbido acústico de baixa frequência sobretudo através da vibração mecânica do compressor a 10–75 Hz — o intervalo de frequência do veio de um compressor scroll ou rotativo de velocidade variável — transmitida como som estrutural através dos pés de fixação para o suporte, o peitoril, a parede e o sistema de pavimento. Este intervalo de frequências é fortemente descontado pela escala de ponderação A usada nas especificações em dB(A), pelo que o zumbido raramente aparece nos valores das fichas técnicas, mas é agudamente percetível como uma sensação física pelos ocupantes em contacto com o pavimento ou o mobiliário.

A frequência do veio de um compressor scroll é igual às RPM divididas por 60. A 1,800 RPM — um ponto de funcionamento a meia carga comum para um inversor variável a arrefecer uma divisão de 20 m² com 28°C no exterior — a frequência de vibração fundamental é 30 Hz. O segundo harmónico é 60 Hz, coincidindo com a frequência da rede elétrica europeia, o que dificulta o isolamento acústico face ao zumbido eletromagnético produzido pelos enrolamentos do transformador ou pelas bobinas do motor do ventilador no mesmo compartimento. À velocidade mínima do inversor (600–800 RPM), a fundamental desce para 10–13 Hz, passando de zumbido audível a vibração tátil sentida através de pavimentos e mobiliário.

A correção da ponderação A a 30–60 Hz é de -19 a -26 dB em relação às componentes de média frequência. Um compressor que gera 70 dB SPL a 40 Hz regista apenas 48 dB(A) num medidor — parecendo silencioso no papel — mas os ocupantes em contacto direto com o pavimento ou a parede através dos quais a vibração viaja percebem-no como um zumbido periódico claramente audível. A vibração transmitida pela estrutura abaixo de 200 Hz é sentida tanto pelo corpo como pelos ouvidos, razão pela qual a especificação em dB(A) falha fundamentalmente em prever se uma instalação específica irá produzir um zumbido percetível.

Como reduzem os apoios antivibração o zumbido do compressor transmitido pela estrutura?

Os apoios antivibração reduzem o zumbido do compressor inserindo um isolador resiliente entre os pés de fixação da unidade exterior e a superfície rígida por baixo. O apoio cria um sistema massa-mola com uma frequência natural fn determinada pela rigidez do apoio e pela massa suportada. Para vibração a frequências acima de 1.41 × fn, a transmissibilidade T cai rapidamente abaixo de 1.0, reduzindo a fração de energia de vibração que passa para a superfície de fixação. Para uma unidade exterior de 15 kg sobre apoios de neopreno com fn = 10 Hz, a uma frequência de compressor de 50 Hz: T = 1/(25-1) = 0.042 — apenas 4.2% da vibração passa, equivalente a uma redução de 27 dB.

O parâmetro de conceção crítico é assegurar que fn está significativamente abaixo da frequência de funcionamento mais baixa do compressor. Os compressores de inversor variável funcionam a valores tão baixos como 10–13 Hz à velocidade mínima, o que significa que qualquer isolador com fn acima de 7–8 Hz proporciona um isolamento reduzido — ou até amplificação — à velocidade mínima do compressor. Os isoladores de mola com fn de 2–5 Hz proporcionam um isolamento eficaz em toda a gama do inversor; os isoladores de neopreno premium com fn abaixo de 8 Hz cobrem a maioria das condições práticas de funcionamento.

Os isoladores de mola atingem o fn mais baixo e a maior largura de banda de isolamento eficaz, mas permitem um movimento de balanço lateral sob carga de vento ou binário de arranque do compressor. Um cabo ou corrente de retenção impede que a unidade exterior saia do suporte sob cargas dinâmicas quando se usam isoladores de mola. Os apoios de neopreno proporcionam simultaneamente isolamento de vibração e estabilidade lateral inerente num único componente — a solução preferida para aplicações em suporte de peitoril, onde a restrição lateral importa tanto como a eficiência de isolamento.

Que redução em dB(A) podem as medidas antivibração realisticamente proporcionar?

A instalação de apoios antivibração sob uma unidade exterior de split portátil reduz normalmente a vibração transmitida à estrutura do edifício em 12–25 dB, consoante o tipo de apoio e a frequência do compressor. O nível de zumbido percetível no interior desce 6–15 dB(A) — a diferença entre um zumbido periódico claramente audível e uma vibração de fundo apenas percetível — quando isoladores de neopreno ou de mola de alta qualidade substituem o contacto rígido direto entre os pés da unidade e a plataforma do suporte.

É importante ser preciso quanto ao que se mede. O valor em dB(A) de uma ficha de especificações representa o nível de pressão sonora transmitida pelo ar a 1 metro da unidade nas condições de ensaio ISO 5151; não capta a vibração transmitida pela estrutura ao edifício. Um split portátil classificado com 38 dB(A) pode ainda produzir um zumbido audível na divisão de baixo se vibrar a 30–50 Hz através de um sistema rígido de suporte e viga de pavimento. Os apoios antivibração atuam sobre o percurso transmitido pela estrutura; a especificação em dB(A) transmitida pelo ar mantém-se praticamente inalterada com a sua instalação.

Caso-limite: amplificação por ressonância quando fn está próximo da frequência do compressor

Em frequências de compressor no intervalo de razão 0.7 < f/fn < 1.3, a transmissibilidade T do apoio excede 1.0 — o apoio amplifica em vez de atenuar a vibração. Um apoio compósito de cortiça-borracha com fn = 15 Hz amplifica a vibração do compressor a frequências de veio entre 10 Hz e 21 Hz, o que coincide exatamente com o intervalo de funcionamento à velocidade mínima de um compressor de inversor variável (600–1,260 RPM). A solução é escolher sempre isoladores com fn pelo menos 2.5 vezes abaixo da frequência de funcionamento mínima, ou aceitar que o isolamento só é eficaz acima da zona de risco de ressonância — escolhendo os isoladores com a consciência de que o funcionamento a baixa velocidade (modo silencioso noturno) se situa na banda de amplificação, e não na banda de isolamento.

Como instalar apoios antivibração sob uma unidade exterior montada em peitoril?

Coloque um apoio sob cada um dos quatro pés de borracha da unidade exterior, assegurando que os apoios têm classificação para o peso da unidade dividido pelo número de pontos de contacto. Para uma unidade de 15 kg sobre quatro apoios, cada um suporta 3.75 kg; os apoios de neopreno padrão de 100 × 100 mm classificados para 5–10 kg por apoio proporcionam uma margem adequada. Antes de montar os apoios, limpe a superfície da plataforma do suporte de detritos que possam reduzir a área de contacto e causar carga irregular.

Verifique se a unidade assenta nivelada sobre os apoios — a carga assimétrica faz com que um apoio suporte peso desproporcionado, reduzindo a sua eficiência de isolamento e podendo comprimi-lo para além da sua deflexão de trabalho nominal. Em plataformas de suporte que inclinam ligeiramente para drenagem, insira um calço fino de aço sob o par de apoios do lado descendente para voltar a nivelar a unidade antes de posicionar os isoladores. Após a instalação, ponha o compressor a funcionar em várias velocidades e pouse suavemente a mão na plataforma do suporte; a vibração transmitida deverá ser nitidamente menor do que antes da instalação dos apoios, a velocidades média e alta do compressor.

Que outros percursos de transmissão de vibração contornam os pés da unidade?

Os apoios antivibração sob a unidade exterior atuam apenas sobre o percurso de transmissão direto dos pés de fixação. Dois percursos adicionais podem continuar significativos após a instalação dos apoios: as linhas de refrigerante e os pontos de contacto do próprio suporte com o caixilho da janela.

As linhas de refrigerante vibram à frequência do compressor e transmitem esta vibração à unidade interior e à estrutura do edifício sempre que fazem contacto rígido — contra as arestas do peitoril, superfícies de parede ou abraçadeiras de aperto. Envolver uma secção de 200 mm de linha de refrigerante com espuma de tubo de célula fechada de 10 mm em cada potencial ponto de contacto com a parede ou o caixilho desacopla o percurso de vibração nesses locais. Evite apertar demasiado as braçadeiras no conjunto de linhas: um contacto justo mas complacente, que mal comprime a manga de espuma, é acusticamente muito menos condutor do que um aperto rígido metal contra metal.

• Verifique se os parafusos de fixação da unidade exterior contactam diretamente o metal do suporte ou o fazem através dos ilhoses de borracha fornecidos pelo fabricante — ilhoses em falta ou endurecidos são um desvio de vibração frequente que os apoios sob os pés não conseguem compensar.
• Coloque uma tira de neopreno de 5–10 mm entre o pé interior do suporte de tensão do peitoril e a superfície interior do peitoril, como camada de isolamento secundária no ponto de contacto entre o suporte e o edifício.
• Onde as linhas de refrigerante atravessam a vedação de espuma da janela, assegure que a espuma comprime em redor do revestimento da linha sem folga, mas sem qualquer contacto com grampo metálico — a compressão da espuma proporciona simultaneamente vedação ao ar e isolamento de vibração no ponto de travessia.
• Inspecione anualmente todas as braçadeiras e abraçadeiras das linhas: as braçadeiras revestidas a borracha endurecem ao longo de duas a três épocas de exposição UV e podem passar de contactos resilientes amortecedores de vibração a pontes metálicas quase rígidas.
• Considere amortecedores de vibração de linha dedicados — pequenos segmentos de tubo de borracha enfiados nas linhas de refrigerante entre o acoplamento de ligação rápida e o primeiro ponto de apoio — vendidos especificamente para instalações mini-split e split portátil, para intercetar a vibração da linha antes de entrar na estrutura do edifício.

As unidades split portáteis com compressores rotativos de inversor de baixa vibração e com isoladores de pé de fixação de borracha bem concebidos permitem que os apoios antivibração atinjam a sua redução teórica plena, em vez de compensarem um isolamento de fábrica inadequado.