Placas Perfuradas: projeto e dimensionamento

Atualizado: 30 de Mai de 2020

Placas perfuradas são materiais absorvedores com características muito interessantes não só para a acústica mas também para a estética. Inclusive utilizamos este tipo de material quando falamos sobre a conciliação entre acústica e estética em um artigo anterior (se você não leu o artigo é só clicar aqui).


O único problema das placas perfuradas é que o seu projeto pode ser um pouco trabalhoso, ou quase impossível, se a teoria não estiver completamente dominada. E é exatamente para isso que estamos aqui hoje. Vamos nos aprofundar um pouco na teoria sobre as placas perfuradas e te ensinar como projetá-las, então fica com a gente até o final do texto que vamos ter algumas boas dicas até lá.


O que é um absorvedor tipo placa perfurada?


Como já falamos anteriormente, o absorvedor tipo placa perfurada é um material acústico composto de duas partes: uma placa perfurada e uma cavidade preenchida parcialmente com ar e parcialmente com material poroso.


Em geral, as placas perfuradas são dispostas na seguinte ordem: a camada em contato com o ambiente é a própria placa perfurada, a camada seguinte é o material poroso, logo depois vem a camada de ar e em seguida a superfície rígida (parede ou teto).


Figura 1: Esquema de montagem de placa perfurada

As placas perfuradas funcionam de uma forma muito similar aos absorvedores tipo membrana, aqueles comumente chamados de armadilhas de grave ou bass traps, e ambos são categorizados como sendo absorvedores ressonantes, ou seja, funcionam sob os princípios postulados por Helmholtz.


No caso das placas perfuradas, o funcionamento do absorvedor pode ser simplificado a partir de uma analogia de uma massa acoplada a uma mola. A massa, portanto, é representada pelo volume de ar dentro das perfurações da placa enquanto a mola é representada pelo volume de ar da cavidade formada entre a placa e a superfície rígida.

Representação de uma placa perfurada para condicionamento acústico como um sistema massa-mola
Figura 2: Representação de um sistema de massa-mola acoplado a uma superfície rígida

A frequência de ressonância deste material, aquela onde o material apresenta seu maior coeficiente de absorção, é dada pela interação entre a massa e a mola. Mudando qualquer um desses dois parâmetros conseguimos mudar a frequência de ressonância desse material e, consequentemente, seu comportamento [1].


Para que esse sistema funcione como um absorvedor, precisamos então adicionar algum tipo de amortecimento, o que é conseguido através do posicionamento de material poroso onde há o valor máximo na velocidade das partículas, ou seja, em contato direto com as perfurações da placa. Por isso colocamos material absorvedor logo após a placa perfurada.


Modelagem

Para descrever matematicamente como a placa perfurada funciona, dividimos a placa em células de igual volume. Estas células funcionam como pequenos ressonadores por onde conseguimos modelar o funcionamento da placa por inteiro como é possível ver na figura logo abaixo.

Esta é uma representação gráfica da célula unitária de uma placa perfurada utilizada para projetos de condicionamento acústico
Figura 3: Representação da célula unitária de uma placa perfurada

A partir dos parâmetros extraídos desta célula como raio do furo, comprimento do tubo, volume da cavidade, área superficial, espessura e resistividade ao fluxo do material poroso (este é um parâmetro exclusivamente associado ao material poroso utilizado e varia conforme a estrutura do material. Para lãs de rocha o valor utilizado é 20000 [N.s/m4]), conseguimos extrair as informações necessárias para o cálculo do seu coeficiente de absorção.


É interessante lembrar que a modelagem matemática destes materiais envolve equações onde são utilizados números complexos, o que acaba sendo muito oneroso para realizar os cálculos de forma manual. Então é extremamente normal utilizar softwares que façam essa predição de uma maneira mais ágil, economizando tempo e esforço do projetista.


Comportamento da placa perfurada

Como não vamos abordar aqui equações muito específicas para a predição do comportamento das placas perfuradas, vamos fazer alguns exercícios de simulação para que você entenda como o funcionamento de uma placa perfurada pode ser alterado através da variação dos seus parâmetros.