Impacto acústico de un aerogenerador en ambiente urbano.

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1 Impacto acústico de un aerogenerador en ambiente urbano. José Cataldo y Alejandro Gutiérrez. Introducción: La interacción entre el flujo de aire atmosférico y el rotor de un aerogenerador da lugar a un campo fluctuante de presiones. Características tales como la turbulencia del flujo, la geometría del rotor y el acabado superficial de las palas que lo componen influyen en tales fluctuaciones de presión. Ese campo fluctuante de presiones se caracteriza por presentar un determinado espectro de potencia, pudiendo aparecer componentes espectrales dentro del rango audible, hablándose entonces de emisiones acústicas. A sí mismo, el sistema de orientación del aerogenerador y la caja multiplicadora también constituyen fuentes de ruido. En el caso que las fuentes emisoras sean puntuales (no existe una dimensión de la fuente preponderante frente a las otras), tales como lo son los aerogeneradores, la propagación en el aire de las emisiones acústicas se hace en la forma de ondas esféricas. En el presente trabajo se presenta por un lado un ensayo destinado a determinar la emisión acústica de un aerogenerador. Se presenta la primer experiencia realizada en el país referente a la caracterización de la emisión acústica de un aerogenerador. El trabajo se guía en la norma de AWEA; referente a las emisiones acústicas de un aerogenerador. Se plantea caracterizar la emisión acústica de un aerogenerador NORDEX 27/150 instalado en el Cerro de los Caracoles; siguiendo las recomendaciones de: Procedure for measurement of acoustic emissions from wind turbine generator systems Volume: I First Tier de American Wind Energy Association. Por otro lado se busca estimar el ruido que se percibiría sí el aerogenerador se instala en diferentes puntos de la ciudad de Montevideo. 1

2 Contenido del articulo: Algunas definiciones de los parámetros pertinentes. Características de los instrumentos de medida. Ubicaciones físicas de los sensores y características topográficas. Procedimiento del ensayo. Resultados. Aplicación de los resultados a un caso particular. 2

3 Definiciones: Velocidad de viento: La norma recomienda realizar la medida de velocidad a una altura de 10 metros, la altura a la cual se realizó la medida en el ensayo fue 1.7 metros. Velocidad de viento de referencia: Es la velocidad de viento de referencia dada por la norma, 10 m/s, a la cual se deben extrapolar los niveles de sonido. Distancia de referencia de medida: Es la distancia desde la base del aerogenerador hasta la ubicación de los micrófonos. Distancia de referencia: Es una distancia de 100 metros desde la base del aerogenerador. Indice de impulsividad: La diferencia en decibeles entre Limp y Leq100. Este índice es una medida del contenido de impulsos periódicos en el sonido de fondo. Las medidas de estas variables se deben realizar bajo condiciones atmosféricas estables. Nivel de impulsividad sonora: Nivel sonoro en decibeles obtenido pasando la señal sonora por un detector de impulsos, un filtro pasabajos de 100 Hz y una ponderación C. Nivel de sonido en baja frecuencia: El nivel sonoro medio en decibeles obtenido pasando la señal por un filtro pasabajos y una ponderación C. 3

4 Características de los instrumentos de medida. El instrumento utilizado para la medición de ruido fue un sonómetro: Marca QUEST modelo 1800, cumple con la norma ANSI S , el cual tiene la posibilidad de conectar la salida de la señal con un PC. El micrófono utilizado es: Marca QUEST modelo QE4150, micrófono de campo libre, cumple con la norma ANSI S Tiene un error inferior a 0.3 db en el rango de temperaturas esperadas para el ensayo. Su diámetro nominal es de 0.5 pulgadas. El calibrador del sonómetro es: Marca QUEST, modelo QC-20, cumple con la norma ANSI S Tiene un error inferior a 0.5 db en un rango de temperaturas de 0 a 50 C. Protección contra el Viento: Se realizo con una pantalla protectora la cual fue ensayada en el túnel de viento. Se realizaron medidas de Leq, valores máximos y mínimos,(ponderación A) con el sonómetro con y sin pantalla de protección. En la tabla 1 se presentan los resultados del mencionado ensayo. Los filtros: Marca QUEST modelo OB 300, cumplen con norma ANSI S Además el ensayo implicó la realización de medidas de velocidad de viento, temperatura y humedad lo cual fue realizado con sensores marca TESTO y fueron adquiridos con la ayuda de un adquisidor marca TESTO modelo TESTO 445. Tabla 1 Velocidad De viento Leq sin protección Max sin protección Min sin protección Leq con protección Max con protección Min con protección m/s

5 Ubicaciones físicas de los sensores, características topográficas: Dirección del viento Punto 1 X Punto 2 Las mediadas con el sonómetro se realizaron en 2 posiciones distintas, aguas abajo y aguas arriba del aerogenerador a una distancia de 43.5 metros. El aerogenerador está ubicado sobre una sierra, por lo que resulta que a pocos metros de distancia del aerogenerador existe una importante diferencia de altura. 5

6 Procedimiento del ensayo: Espectro en bandas de tercios de octava y Leq. Ruido ambiente Se realizaron mediciones de ruido ambiente antes y después de activar el aerogenerador, en cada uno de los puntos antes identificados. En cada caso se midió la potencia acústica en escala logarítmica (Leq) y espectros en tercios de octava. Ruido con el aerogenerador encendido. Se realizaron mediciones de ruido con el aerogenerador activado, en ambos puntos seleccionados. También se midieron Leq y espectros en tercios de octava. Medidas de emisiones impulsivas. Ruido ambiente Se realizaron medidas del nivel sonoro en baja frecuencia en el punto 1. Ruido con el aerogenerador encendido. Se realizaron series de medidas de nivel de impulsividad sonora. Temperatura, humedad y velocidad de viento. Se realizan medidas de temperatura velocidad de viento y humedad relativa durante todo el ensayo. Parámetros obtenidos luego del procesamiento de los datos. Estas mediciones se realizaron tomando un valor cada 1 minuto. 6

7 Resultados En la tabla 2 se presentan los resultados de la medida de nivel de presión acústica con el aerogenerador apagado y en operación, en la columnas 2 y 3 respectivamente. En la columna 4 se consigna el valor del Leq correspondiente a la diferencia de potencias. Finalmente en la quinta columna encabezada por Lstd se presenta el valor estandarizado el cual será el nivel de presión que se registrara a una distancia de 100 metros del foco emisor cuando la velocidad del viento fuese 10 m/s. En la figuras 1 y 2 se presenta el espectro en bandas de octava de la emisión acústica del aerogenerador en cada uno de los puntos en que se efectúan las mediciones. Leq amb Leq amb+aero Leq aero Lstd Velocidad media durante el ensayo: 5.53 m/s Temperatura media durante el ensayo: 7.7 C Humedad relativa media durante el ensayo: 81 % 7

8 Espectro de la emisión acústica del aerogenerador en el punto 1 ( figura 1) Ls db hz 8

9 Espectro de la emisión acústica del aerogenerador en el punto 2 (figura 2) Ls db hz A continuación se presentan los resultados de las medidas de emisión acústica Impulsiva Leq C 89 = dbc Limp = dbc Cimp = 8.02 dbc 9

10 Sobre las medidas y el cálculo: Durante las mediciones no pudieron cumplirse algunas exigencias que fija la citada norma. En primer lugar, dadas las características topográficas del sitio, las medidas se realizaron solo en dos puntos en vez de los 5 que propone la norma. Por otro lado el sonómetro fue operado por una persona durante todo el ensayo. La medida de velocidad de viento se realizó a una altura de 1.7 metros en lugar de los 10 metros que recomienda la norma. Se hace notar que a partir de mediciones en el túnel de viento se detectó que la distribución de velocidades era casi uniforme de 1.5 m a 70 m. Finalmente el calculo de Lstd se realizó haciendo la hipótesis de que la potencia acústica depende de la velocidad del viento al cubo. Por otro lado se hace notar que la norma seguida carece de consideraciones para topografías complejas. 10

11 Comparación de los resultados con valores dados por fabricantes. A los efectos de tener una apreciación sobre los valores presentados se comparan los resultados con datos correspondientes a un aerogenerador similar Lstd Lstd Aerogenerador Aerogenerador Similar Nordex Cerro Caracoles

12 Estimación del ruido asociado a un aerogenerador en distintas zonas. La distancia influye en primer lugar debido a que las ondas acústicas presentan un frente esférico. La potencia que fluye a través de una superficie normal a un radio vector con origen en la fuente emisora disminuirá entonces con el cuadrado de la distancia entre la fuente emisora y el punto considerado. La atenuación del nivel de presión sonora debido a este efecto tendrá la siguiente forma. 2 A div = 10log r C Siendo C un factor de corrección que depende de la presión atmosférica y de la temperatura. El aire también absorbe parte de la potencia acústica emitida, lo cual se caracteriza a través de un coeficiente que depende de las condiciones ambiente de modo de que la atenuación por absorción tiene la forma A abs = αr α a presión ambiente, 30ºC y 50% HR a una frecuencia de 500 Hz es 3,6 db/km. La presencia del suelo induce también una atenuación, la cual depende de la frecuencia de la emisión, de la distancia y del tipo de suelo. Si el nivel de potencia sonora que emite una fuente es L W, entonces el nivel de presión sonora L P en un punto ubicado a una distancia r valdrá LP = LW Adiv Aabs. Asuelo Si en vez del nivel de potencia sonora se conociera el nivel de presión sonora (L P1 ) a una distancia r 1 de la fuente, entonces el nivel de presión sonora (L P2 ) a una distancia r 2 de la fuente valdrá r L P2 log 2 = LP 1 10 r α ( r2 r ) Asuelo El objeto del capítulo que aquí se presenta es determinar el nivel de presión sonora que se registraría en las viviendas más próximas al sitio donde se instalarían los aerogeneradores. A los efectos de los cálculos se utilizaron como datos los resultados de las siguientes mediciones: Aerogenerador NORDEX V27150 r1= 100 m Lp db A continuación se presenta el resultado del cálculo para cada uno de los sitios seleccionados. 12

13 El aerogenerador se supone instalado en estaciones de bombeo de instalaciones de saneamiento ubicadas en sitios que se citan a continuación. Punta Brava Distancia entre la fuente y el punto más cercano de la línea de construcción es 800 m Nivel de presión sonora resulta L P = 29.9 db Este nivel, de acuerdo a Harris (1995), sería el que se registraría en un estudio de audio vacío. Esto llevaría a concluir que cualquier otra fuente acústica, inclusive durante las horas de la noche que serían las de menores registros de ruido, produciría un nivel de presión sonora mayor y que impediría la percepción del ruido emitido por los aerogeneradores. Punta Gomensoro Distancia entre la fuente emisora y el punto más cercano es de 100 m Nivel de presión sonora L P = 52.9 db Según Harris (1995), este nivel de presión sonora sería el que se registraría en una residencia urbana, lo cual resulta compatible con el emplazamiento que tendría este aerogenerador. Chacarita La distancia entre la fuente emisora y el punto más cercano es de 300 m Nivel de presión sonora L P = 39.5 db Según Harris (1995) este nivel corresponde a un susurro suave. Como conclusión de este capítulo el nivel de presión sonora que producirían los aerogeneradores sería compatible con el entorno en el cual se instalarían. 13

14 Conclusiones: El espectro es coherente con los datos presentados en la bibliografía en cuanto a que la emisión se da principalmente a bajas frecuencias. Los valores de Leq Lstd obtenidos son comparables a los datos presentados en catálogos por los fabricantes. Las emisiones acústicas asociadas a los aerogeneradores que se producirían en plantas del Sistema de Saneamiento Urbano parecen tener un acotado efecto sobre el entorno poblado que las rodea. 14

15 Referencias bibliográficas: Procedure for measurement of acoustic emissions from wind turbine generator systems. Volume 1 : First Tier. Manual de medidas acústicas y control de ruido. Cyril M. Harris. Control de Ruido. Federico Miyara. Proceedings of an International Conference held at Madrid, Spain September Low frequency sound from wind turbine arrays. 4 th International Symposium on Wind Energy Systems. The noise problem. Eighth ASME wind energy symposium. Environmental Noise Characteristics of MOD5 and WWG wind Turbines. 15

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