CONTROL DEL RUIDO

1. CONTROL DEL RUIDO Roberto Pérez Blanco

2. Contenidos: Introducción. Propagación del sonido. En espacios abiertos. En espacios cerrados. Instrumentos de medida. Sonómetro. Medidor de Vibraciones. Control del ruido. En edificios. En motores. En maquinaria. En ferrocarriles. En aviones Control del ruido

3. Definición de sonido: Alteración que puede ser detectada por el odio humano. Definición de ruido: Cualquier perturbación del sonido no deseada. Control del ruido: Técnica para obtener unos valores de ruido aceptables dependiendo de las condiciones. Control del ruido vs Reducción del ruido. El control es distinto a la reducción del ruido. Habrá circunstancias en las que haya que aumentar el ruido para conseguir un ruido aceptable. Lo mostramos con el siguiente ejemplo: Introducción

4. Introducción • En la sala de espera de una consulta médica, si tenemos un silencio absoluto se podría escuchar la conversación que se mantiene en el interior de la consulta, por ello se tendrían dos opciones: • Se incrementa el ruido en la sala de espera mediante sistemas de ventilación para mantener la privacidad. • Se hace la pared que separa ambas salas con un material que absorba mejor el sonido. • La 1º opción es mucho mas económica !! • Técnicas de control de ruido: • En la fuente. • En la vía de transmisión. • En el receptor.

5. Técnicas de control del ruido. • En la fuente: • Reducir la amplitud de las fuerzas que generan el ruido. • Reducir la vibración de los componentes. • En la vía de propagación: • Barreras entre fuente y receptor. • Cambiar la orientación. • Cerramientos. • En el receptor: • Aparatos de protección del oido. • Cabinas.

6. Propagación del sonido. • Dos tipos fundamentales de propagación del sonido: • En espacios cerrados. • En espacios abierto. La principal diferencia entre ambos esta en las reflexiones que se producen contra los límites de los espacios cerrados. Aún siendo propagación en espacio libre, muy rara vez se propaga totalmente libre, siempre habrá una pequeña atenuación que se puede llegar a ser una barrera, de ahí que distinguiremos entre atenuación y barreras.

7. Propagación libre.Atenuación. • Formula general de la atenuación: Atot = Adiv + Aaire + Asuelo + Amisc En donde: • Adiv= Expansión esférica de la energía acústica. • Aaire= Transformación de una parte de energía en calor. • Asuelo= Rebotes de la onda contra la superficie. • Amisc= Otros tipos de atenuación: vegetación, edificios… • El calculo numérico de A se encuentra en la pagina web.

8. Propagación libre.Barreras. • Se definen como cualquier obstáculo contra el sonido que bloquea al receptor la línea de visión de la fuente sonora. • La medida que nos da una barrera es la pérdida por inserción (IL). • Tenemos dos tipos de barreras: • Barreras delgadas: Formadas por vallas, muros simples. • Barreras Gruesas (aprox. 3 m de grosor), formadas por edificios, diques… Para ambos casos el calculo de IL sería: IL = 10 log [3+10 NK] Lo que cambia según el tipo de barrera es el calculo de la N, el cual se explica con detalle en la pagina web.

9. Mostramos unos ejemplos de barreras: Propagación libre.Barreras. Barrera delgada: Barrera gruesa: Dique de tierra:

10. Espacios cerrados. • La principal característica son las reflexiones y absorciones por parte de la paredes del recinto, dependiendo del tipo de material una mayor parte de la energía acústica será absorbida por la pared. • El valor de esta absorción sería: A = Asuperficie + Aaire+ Amobiliario (Sabinos) • En una habitación nos llegan dos tipos de sonidos: • El directo producido por la fuente. • El reflejado que produce el fenómeno de REVERBACIÓN que es la persistencia del sonido una vez ha cesado en la fuente. Vemos un ejemplo de cómo se produce la reflexión de las ondas sonoras a medida que avanza en el tiempo:

11. Espacios cerrados. • De ahí que se pueden definir dos tipos de niveles sonoros en una habitación: • Directo: Ld = Lw -20 log r - 10.9 (dB) • Reflejado: Lr = Lw - 10 log A + 6 (dB) Siendo Lw la potencia sonora en la fuente.

12. Amplificador Ponderación en frec. Micrófono Control de nivel sonoro Indicador o pantalla Ponderación de tiempo Instrumentos de medida. Sonómetro • El sonómetro se usa para medir los niveles sonoros, su disposición de bloques sería la siguiente.

13. Instrumentos de medida. • Micrófono:Convierte las variaciones de presión de las ondas en señales eléctricas que varían con el tiempo. • Amplificadores: Amplifican la señal del micro para escuchar los niveles mas bajos de presión. • Ponderación en frec.: Altera la respuesta en frec. De acuerdo con una norma internacional, como muestra la figura.

14. Instrumentos de medida. • Ponderación temporal:Es un rectificador que integra en tiempo la señal de presión sonora ponderada. • Aparato indicadores: Monitorizan las medidas realizadas, pueden ser analógicos o digitales.

15. Grabadora Acondicionador de la señal Detector Preamplificador Medidor Instrumentos de medida. Medidor de vibraciones. • La disposición en bloques de esta aparato para la medición de vibraciones es la siguiente:

16. Instrumentos de medida. • Preamplificador:Prepara la señal recogida de manera que el voltaje a la salida es proporcional a la carga aplicada a la entrada. • Acondicionador:Integra la señal para limitar su ancho de banda y ajustar la ganancia. Se suelen usar filtros paso bajo o altos. • Detectores: Extraen los parámetros que caracterizan a una señal, estos serían valor de pico, media aritmética, media cuadrática y su RMS. • Medidores: Reconstruyen la señal a partir de los datos anteriores para mostrarla a la salida. • Grabadoras: Almacenan la señal de manera directa.

17. Control del ruido. • Vamos a analizar las distintas formas de llevar a cabo las técnicas de control del ruido para distintas superficies: • Edificios • Motores eléctricos • Maquinaria • Ferrocarriles • Aviones

18. Control del ruido en edificios. • Tratamos el aislamiento ofrecido por los elementos de partición (paredes, ventanas, puertas…)al sonido por el aire. • Para ello calcularemos la pérdida por transmisión (TL) que es la relación entre la energía sonora que llega a la pared y la que se transmite. • Un valor que aparece en varias gráficas es el de STC que es un índice que marca valores de insonorización para propagación aérea, es muy usado en EEUU. • Hay dos tipos de particiones: • Particiones simples:Aquellas en que sus caras externas están unidas y se comportan como un bloque. • Particiones Dobles:Entre sus paredes exteriores hay un hueco que hace que aumente su TL.

19. Particiones Simples. • En las particiones simples el valor de TL sería: TL=20 log (mf)-48 (dB) Siendo m= masa y f= frec. A esta fórmula se la conoce con el nombre de LEY DE MASA. La frecuencia a la que el efecto es mayor se conoce como frec. crítica y será mas baja cuanto más rígida sea la partición. Según la formula una aumento de la masa o de la frec. Hace que la reducción sea mayor, concretamente se produce una pérdida de 6 dB cada vez que duplicamos el valor de m o de f. El rango de frec. mejora si unimos varias capas de materiales con frec. criticas diferentes.

20. Particiones Simples. • Vemos en la siguiente figura como varia la reducción para diversas superficies:

21. Particiones Dobles. • El valor de la TL depende de varios factores: • Profundidad de la cámara de aire del hueco. + Hueco -> +TL • Uso de material absorbente en la cámara de aire • Acoplamiento mecánico. El sonido se puede transmitir por las uniones ente las paredes externas, lo ideal sería que no tuvieran conexiones. Al depender el valor de TL de factores difíciles de medir (transmisión por las uniones) no se puede dar una fórmula para el calculo de TL, sino que para tipo de partición (hormigón, escayola…)se dan unos valores fijos.

22. Particiones Dobles. • Dependiendo del tipo de uniones que tengamos entre las dos partes que forman una pared doble, valores típicos de TL serían:

23. Otras particiones • A la hora del aislamiento para ventanas funciona de manera similar a como se hace para paredes, dependerá si el cristal es simple o doble y en este caso depende del hueco entre cristales. • Vemos una tabla con valores de aislamiento para ventanas:

24. Control en estructuras. • A la hora de controlar el aislamiento global de un edificio tenemos dos tipos de excitaciones: • Estable: La que se produce constantemente (electrodoméstico). • Impacto: Fuerza de corta duración (martillazos). • Aquí se usa otro índice que se conoce como IIC el cual tiene valores similares a los de STC para el aire. • El nivel de ruido en la habitación receptora también esta normalizado, su valor sería:LR = Lr = 10 log (A/A0) En donde: Ao = 10 -12

25. Control en estructuras. • Se puede controlar el ruido desde varios puntos : • En la fuente: Es la mas eficaz, se podría llevar a cabo mediante la instalación de suelos que amortiguaran el ruido. • En la vía de propagación: Si nos alejamos de la fuente decrece la intensidad, una forma de mejorar el aislamiento sería teniendo discontinuidades en la estructura (huecos). • En receptor: Tendríamos que aislar la habitación mediante suelos y techos. • Reducción de ruido entre dos habitaciones sería: Ls-LR= TL – 10 log( S/AR) (dB)

26. Ruido en motores eléctricos • Tenemos tres tipos de causas de ruido: • Causas mecánicas:El proceso de fabricación del motor lleva consigo deformaciones o desalineaciones en el motor, suelen pasar en el rotor (parte giratoria) y en el estator (parte fija). • Causas aerodinámicas:Se producen por la ventilación de los motores, el motores pequeños o medianos la potencia de este ruido suele ser 1/5 del total de la potencia. Es un ruido de banda ancha. • Causas magnéticas:Suele producirse en los espacios de aire entre el estator y el rotor. • Métodos para reducir el ruido: • Colocar material absorbente delante del ventilador a modo de silenciador. • Colocar un tubo en ángulo recto en la salida de aire, con esto se reduce entre 5 y 10 dB.

27. Control de ruido en maquinaria. • Una maquina esta formada por varias piezas así que tendremos varias fuentes de ruido. Un esquema del origen del ruido y de su tratamiento es el de la siguiente figura: Aberturas de ventilación Cubierta de la máquina Apoyos de la máquina Materiales absorbentes Conductos absorbentes Tapones en los oídos Cerramiento amortiguado Operario de la máquina Aisladores de la vibración Horario restringido Maquina nueva

28. Control del ruido en maquinaria. • Normalmente las medidas de control son mas efectivas cuanto mas cerca se produzcan de la fuente, pero sucede que suelen ser más caras, por lo que muchas veces no conviene. • El orden de economía de las opciones anteriores sería: • Reemplazar la máquina. • Rodear la máquina con un cerramiento. • Añadir conductos revestidos de material absorbente. • Montar la maquina sobre aisladores de vibración. • Instalar materiales absorbentes en la habitación. • Tapones para los oídos ó restringir el horario del trabajador.

29. Control de ruido en maquinaria. • Usaremos dos técnicas para reducir el nivel de ruido: • Barreras:Se colocan entre la fuente y el emisor y reducen la transmisión por el aire, su eficacia dependería del material de la barrera de las dimensiones, de la distancia la fuente y del espectro de la fuente. • Cerramientos:Pueden ser de dos tipos: • Parciales: solo cubren una parte de la fuente con lo que actúan a modo de barrera, en unas determinadas direcciones del sonido. • Totales: absorben la energía de la fuente para cualquier distancia a la fuente. Hemos de controlar las vías de escape del ruido, no debe haber rendijas. En los cerramientos totales se producen fenómenos de reflexión hacia en interior con lo que aumentaría el nivel de ruido. Habitualmente: TL = NR + 10 (dB) absorción total TL = NR + 20 (dB) sin absorción Siendo TL= pérdida por transmisión. NR= Reducción del ruido.

30. Ruido en sistemas ferroviarios. • Las posibles fuentes de ruido son: • Interacción entre raíles y ruedas. • Sistemas de propulsión del vagón. • Equipamiento auxiliar. • Ruido aerodinámico (alta velocidad). Ruido en los vagones:Se calcula como: LA= 75 +30 log (v/v0) como se observa el nivel de ruido es grande a cualquier velocidad. Esto es válido para circulación en línea recta. Muchas veces el nivel de ruido es mayor debido a las irregularidades de los raíles y fallos en el mantenimiento de las ruedas de los vagones.

31. Ruido en sistemas ferroviarios. • Cuando un tren circula por una curva con r<100 m el ruido predominante es un chirrido de alta frecuencia. • Este ruido se produce porque los vagones mantienen sus ejes paralelos y al girar en una curva la rueda exterior recorre mas recorrido que la interior pero al estar unidas tienen que recorrer la misma distancia, por eso se produce un deslizamiento sobre el raíl con lo que suena ese chirrido.

32. Ruido en aviones. • Dos tipos de fuentes:-Sistemas de propulsión. -Ruido aerodinámico. Hay principalmente tres tipos de propulsión: • Turborreactores: Gran cantidad de ruido para producir potencia. • Turboventiladores: consiguen la potencia del giro de un ventilador con lo que el ruido es menor. • Hélices: aparte del ruido del motor esta el ruido de las hélices. El ruido aerodinámico es el producido por el flujo de aire contra el fuselaje. Al aterrizar y despegar es 10 dB menor que el ruido de propulsión pero en vuelo es el principal ruido que se oye en el interior del avión.

33. Ruido en vuelo. • Hay tres tipos principales de vuelos: • Vuelo subsónico: Es el producido por los aviones convencionales, su cota máxima de ruido se da cuando el avión esta encima del observador. • Vuelo subsónico en helicópteros: También produce ruido las aspas del aparato, el mayor nivel de ruido se produce aprox. 4 seg. antes de estar a la altura del observador. • Vuelo supersónico: El ruido proviene del estampido sónico, el cual se genera por la onda de choque que se forma alrededor del objeto, la potencia del estampido aumenta según la distancia al suelo del objeto pero varia muy poco si aumentamos la velocidad del objeto. Mostramos unas gráficas acerca de estos vuelos:

34. Ruido en vuelo