Silenzio, Prego! Come Stiamo Zittendo le Sottostazioni Elettriche con la Magia del BEM Acustico

Avete presente quel ronzio costante, a volte fastidioso, che proviene da certi edifici tecnici, magari vicino a casa? Spesso si tratta di sottostazioni elettriche, cuori pulsanti della nostra rete energetica, ma anche fonti di rumore non proprio gradite, specialmente quelle costruite al chiuso (indoor) in aree densamente popolate. Beh, oggi voglio raccontarvi come noi “maghi” dell’acustica stiamo affrontando questa sfida, usando una bacchetta tecnologica chiamata BEM acustico migliorato. Sembra complicato? Tranquilli, vi spiego tutto in modo semplice!

Il Problema: Un Ronzio Indesiderato

Le sottostazioni elettriche indoor sono fondamentali, ma i trasformatori al loro interno, purtroppo, generano rumore. Calcolare con precisione come questo rumore si diffonde all’interno e all’esterno dell’edificio è il primo passo cruciale per poterlo ridurre efficacemente. Immaginate di dover tappare le orecchie a un gigante che ronza: bisogna capire esattamente da dove viene il suono e come si propaga.

Negli anni sono state proposte diverse soluzioni:

• Interventi diretti sul trasformatore: Utili per una singola macchina, ma meno efficaci per l’intera sottostazione.
• Barriere sul percorso del suono: Funzionano meglio all’aperto, richiedono spazio e costano parecchio.
• Scelta ottimale della posizione: Valida solo per le nuove costruzioni, non per quelle esistenti.
• Misure ausiliarie: Questa è la strada più battuta e pratica per le sottostazioni indoor già operative. Parliamo di pannelli fonoassorbenti, pavimenti speciali e materiali innovativi.

Tra le misure ausiliarie, l’installazione di pannelli fonoassorbenti sulle pareti interne della sala trasformatori è spesso la scelta migliore. Coperture isolanti totali renderebbero difficile la ventilazione e il raffreddamento (fondamentali!), mentre modificare le prese d’aria ha un impatto limitato sulla propagazione del rumore interno.

L’Arma Segreta: Pannelli Fonoassorbenti Metallici Perforati

Abbiamo quindi puntato sui pannelli fonoassorbenti. Ce ne sono di vari tipi (gesso, cemento, materiali compositi), ma quelli metallici, in particolare in lega di alluminio perforata, offrono un mix vincente: costo contenuto, ottima capacità di riduzione del rumore e lunga durata. Come funzionano? Sfruttano una tecnologia a strati porosi e piccoli canali curvi che, tramite risonanza, “smorzano” l’energia delle onde sonore, soprattutto quelle a bassa frequenza (le più ostiche da trattare!), facendola decadere rapidamente. Installarli sulle pareti posteriori e laterali della sala trasformatori può davvero fare la differenza.

La Bacchetta Magica: Il BEM Acustico Migliorato

Ma come facciamo a sapere *esattamente* quali pannelli usare, quanto spessi, con quanti fori (porosità) e dove installarli per ottenere il massimo risultato? Qui entra in gioco la nostra tecnologia avanzata: il Metodo degli Elementi al Contorno (BEM) acustico. In parole povere, è un potentissimo strumento di calcolo numerico che ci permette di simulare la distribuzione del campo sonoro.

Il BEM tradizionale è già valido, perché trasforma un complesso problema tridimensionale (tutto il volume della stanza) in uno bidimensionale (solo le superfici, i “contorni”), riducendo i calcoli e aumentando la precisione. Però, ha un tallone d’Achille: quando si tratta di forme complesse o spazi ristretti, può incappare in problemi matematici (matrici singolari, per i tecnici) che ne bloccano la convergenza.

Ecco perché abbiamo sviluppato una versione migliorata del BEM acustico. Questa versione combina i punti di forza del BEM (ottimo per calcolare il suono che si propaga all’esterno) con quelli di un altro metodo, il FEM (Metodo degli Elementi Finiti, più adatto per l’interno e le zone complesse vicino alla fonte), creando un approccio ibrido super accurato.

La Prova del Nove: L’Esperimento di Changsha

Per essere sicuri che il nostro BEM migliorato funzionasse alla grande, lo abbiamo messo alla prova in una vera sottostazione indoor da 110 kV a Changsha, in Cina, situata vicino a un’area residenziale (un punto “sensibile” al rumore). Abbiamo piazzato microfoni professionali (BeK, per gli intenditori) in 10 punti strategici e misurato i livelli di rumore reali, soprattutto nelle frequenze dominanti tra 125 e 1000 Hz.

Poi, abbiamo fatto girare i nostri computer, calcolando il campo sonoro con tre metodi:

1. Il nostro BEM acustico migliorato
2. Il BEM acustico tradizionale
3. Il FEM acustico

I risultati? Una vittoria schiacciante per il nostro metodo!

• FEM: Errore medio del 10.29%. Abbastanza preciso vicino ai trasformatori, ma meno lontano.
• BEM tradizionale: Errore medio del 8.71%. Meglio del FEM lontano dalla fonte, ma in difficoltà nelle zone complesse vicine.
• BEM acustico migliorato: Errore medio di solo il 4.45%! Un’aderenza eccellente ai dati reali in tutti i punti.

Questa validazione ci ha dato la fiducia necessaria: il nostro strumento era pronto per progettare la riduzione del rumore perfetta.

Alla Ricerca della Configurazione Perfetta (Simulata)

Con il nostro BEM migliorato validato, siamo passati alla fase successiva: usare questo strumento per capire come ottimizzare i pannelli fonoassorbenti in lega di alluminio perforata. Ci siamo concentrati sulla frequenza più problematica rilevata a Changsha (125 Hz) e abbiamo simulato diverse configurazioni, cambiando tre parametri chiave:

1. Spessore dei Pannelli: Abbiamo provato 10 mm, 15 mm, 20 mm e 25 mm (mantenendo fisse porosità e area di installazione).
Risultato: L’aumento dello spessore generalmente riduce il rumore, ma l’effetto migliore si è visto a 20 mm (riduzione media di 9.68 dB). Aumentando ancora a 25 mm, l’efficacia diminuiva leggermente (9.54 dB). C’è un punto ottimale!

2. Porosità dei Pannelli: Con lo spessore fissato a 20 mm, abbiamo testato porosità del 60%, 70%, 80% e 90%.
Risultato: Anche qui, non sempre “di più è meglio”. La riduzione del rumore aumentava fino all’80% di porosità (riduzione media di 11.63 dB), per poi calare leggermente al 90% (11.25 dB). Trovato un altro punto ottimale!

3. Area di Installazione: Mantenendo i valori ottimali di spessore (20 mm) e porosità (80%), abbiamo simulato l’installazione dei pannelli su aree crescenti delle pareti posteriori e laterali.
Risultato: Qui la correlazione è stata positiva: più ampia è l’area coperta dai pannelli, maggiore è la riduzione del rumore. La configurazione migliore testata (parete posteriore 13m x 9m, pareti laterali 15m x 9m) ha raggiunto una riduzione media impressionante di 13.72 dB.

Perché Esistono Punti Ottimali?

Vi chiederete perché per spessore e porosità non valga la regola “più grande è, meglio è”. È dovuto a un fenomeno chiamato “effetto lamellare” nei pannelli. Superati certi limiti, le riflessioni e rifrazioni interne al materiale diventano meno efficaci nel dissipare l’energia sonora. Invece, per l’area di installazione, più superficie fonoassorbente c’è, più tempo hanno le onde sonore per essere attenuate e “cancellate”, quindi l’effetto aumenta.

Conclusioni: Verso Sottostazioni Più Silenziose e Vivibili

Cosa ci portiamo a casa da questa avventura acustica? Prima di tutto, che il nostro BEM acustico migliorato è uno strumento potentissimo e preciso per prevedere e combattere il rumore nelle sottostazioni indoor. Secondo, che i pannelli metallici perforati sono una soluzione efficace ed efficiente.

Grazie a queste simulazioni dettagliate, abbiamo trovato la “ricetta” ideale per la sottostazione di Changsha (e per altre simili): pannelli in lega di alluminio con spessore di 20 mm, porosità dell’80%, installati sulla maggior superficie possibile delle pareti posteriori e laterali. Questa configurazione permette di abbattere il rumore in media di quasi 14 dB, un risultato notevole che fa una grande differenza per la qualità della vita nelle aree circostanti e per la sicurezza e il comfort di chi lavora all’interno.

Il nostro lavoro non si ferma qui, ma è un passo importante verso sottostazioni elettriche sempre più “verdi”, sicure e, finalmente, silenziose. Possiamo dire di aver trovato un modo per far “sussurrare” questi giganti dell’energia!

Fonte: Springer