4. Control de ruido y vibraciones.

Transcripción

1 Ruido y Vibraciones en el ámbito de la Higiene en el trabajo (1 crédito ECTS) 4. Control de ruido y vibraciones. Asignatura: Higiene en el trabajo (6 ECTS) Master PRLCYMA Impartido por: Marta Herráez herraez@eii.uva.es Ingeniería Mecánica EII Valladolid Diciembre 2011 Master PRLCYMA M. Herráez 4-1 Índice 4. Control de ruido y vibraciones. Esquema general. Control en la fuente. Control en el camino. Control en el receptor. Aplicaciones al diseño de máquinas más silenciosas. Master PRLCYMA M. Herráez 4-2 1

2 Esquema general Tres componentes: emisor, camino, receptor. Master PRLCYMA M. Herráez 4-3 Esquema general de los distintos pasos en el control de ruido industrial: Etapa inicial: Definición del problema. Medida y análisis de datos. Identificación de fuentes. Segunda Etapa: Establecimiento de los límites de niveles de ruido aceptables y los requisitos legales a cumplir. Consideraciones técnicas: Modificaciones en la fuente. Modificaciones en el camino. Modificaciones en el receptor. Consideraciones Económicas. Recomendaciones. Master PRLCYMA M. Herráez 4-4 2

3 Índice 4. Control de ruido y vibraciones. Esquema general. Control en la fuente. Control en el camino. Control en el receptor. Aplicaciones al diseño de máquinas más silenciosas. Master PRLCYMA M. Herráez 4-5 Control en la fuente Son las soluciones más eficaces, pero tiene el inconveniente de que deben realizarse en la fase de diseño del equipo, porque, una vez construido, las soluciones son costosas y muchas veces impracticables. Es difícil el modelizado teórico del comportamiento de la fuente, por lo que habitualmente se trabaja con datos empíricos y soluciones que se ha demostrado que funcionan muy bien. Master PRLCYMA M. Herráez 4-6 3

4 Control en la fuente Irradiación: cuando el ruido se genera por vibración de superficies. En este caso, lo correcto es emplear materiales de amortiguación de las vibraciones. Golpes o Impactos: el ruido se produce por el choque de dos superficies duras en un tiempo muy pequeño. Las soluciones son: Aumentar la superficie de impacto. Aumentar el tiempo del impacto: engranajes helicoidales (contacto gradual) en lugar de normales, prensado en lugar de impactado. Utilizar materiales con amortiguamiento interno. Por ejemplo, engranajes de material polimérico, en vez de metálicos, o martillos con cabeza de este mismo tipo de material. Revestir con caucho, PVC,... En engranajes y cojinetes es muy importante la precisión en su construcción. Si el ruido de impacto es debido a desajustes de la máquina, lo mejor es un buen mantenimiento. Master PRLCYMA M. Herráez 4-7 Control en la fuente Flujos de gases: el ruido depende del caudal y de la velocidad del chorro (de la presión de la red). Evitar las turbulencias: boquillas de orificios múltiples, cambiar la dirección del flujo. Utilizar silenciadores, teniendo cuidado con la pérdida de carga que presentan. Revestir tuberías. Aire comprimido: utilizar la mínima presión de salida necesaria para limpiar o sacar la pieza. Rozamiento y desajustes por desgaste en la máquina: Pulido y tipo de material. Lubricantes. Mantenimiento de la máquina. Master PRLCYMA M. Herráez 4-8 4

5 Índice 4. Control de ruido y vibraciones. Esquema general. Control en la fuente. Control en el camino. Control en el receptor. Aplicaciones al diseño de máquinas más silenciosas. Master PRLCYMA M. Herráez 4-9 Control en el camino Dos caminos de transmisión: vía estructural: transmisión de vibraciones. vía aerodinámica: transmisión de ruido. Posibles soluciones: Cambio de la ubicación de la máquina. Inserción de una barrera o pantalla acústica. Utilización de encerramientos o encapotamientos. Acondicionamiento acústico: materiales absorbentes. Silenciadores. Aislamiento de las vibraciones. Master PRLCYMA M. Herráez

6 Camino: Barreras y pantallas acústicas. Barrera: medio sólido interpuesto entre el foco emisor y el elemento receptor. Master PRLCYMA M. Herráez 4-11 Camino: Barreras y pantallas acústicas. Proporciona una atenuación sonora que depende de: dimensiones. situación relativa receptor-emisor. espectro sonoro del ruido. material de construcción de la barrera. características acústicas del lugar donde se instala. Su utilización: sólo es válida en situaciones en las que predomina el campo directo sobre el reverberante. produce más atenuación a altas frecuencias (por difracción). Parámetro que define su comportamiento: Coeficiente de pérdidas por inserción: IL L L p, antes p, despues Master PRLCYMA M. Herráez

7 Camino: Cerramientos o encapotamientos Se aplican cuando el receptor está lo suficientemente alejado de la fuente como para que predomine el sonido reflejado. Puede ser parcial o total. Master PRLCYMA M. Herráez 4-13 Camino: Cerramientos o encapotamientos El que sean más o menos efectivos depende, fundamentalmente, de su parte más débil, es decir, de los orificios que presente: de visión: control y supervisión de funcionamiento. de acceso al interior: mantenimiento, inserción de piezas. de ventilación. Cuando el ruido es de bajas frecuencias, el tamaño de los orificios es crítico, ya que se pueden convertir en fuentes emisoras. Una vía de escape que represente tan sólo un 1% del área de superficie del cerramiento limita la atenuación disponible a 20dB. Para que no se produzcan escapes: todas las juntas, uniones y entradas de conductos deben estar selladas. las puertas de acceso deben tener juntas (cierre tipo frigorífico). Master PRLCYMA M. Herráez

8 Camino: Acondicionamiento acústico: materiales absorbentes En recintos cerrados y con superficies reflectantes, la reverberación origina un aumento de los niveles de ruido. paredes: recubrimiento de material absorbente, con paneles de fibra de vidrio sobre chapa perforada. techos: falsos techos de paneles rígidos montados sobre un perfil metálico: buen comportamiento a todas las frecuencias. paneles verticales, formados por placas rígidas montadas sobre marcos metálicos y colgados de los perfiles metálicos: comportamiento peor a bajas frecuencias. Master PRLCYMA M. Herráez 4-15 Camino: silenciadores Son elementos que se instalan en las conducciones de aire o de gases, para amortiguar el ruido producido por las turbulencias. Tres tipos: reactivos: por reflexiones; bajas frecuencias. disipativos: por absorción; altas frecuencias. reactivo-disipativos: combinación. Master PRLCYMA M. Herráez

9 Índice 4. Control de ruido y vibraciones. Esquema general. Control en la fuente. Control en el camino. Control en el receptor. Aplicaciones al diseño de máquinas más silenciosas. Master PRLCYMA M. Herráez 4-17 Control en el receptor Para disminuir el nivel que percibe el receptor. Cabina acústica: Recinto con ventanas que facilite una buena visibilidad y especialmente aislado del exterior. Se utiliza cuando existe un número grande de focos de ruido que producen un nivel elevado. Protectores personales EPI: Se utilizan para presencia de ruido esporádica o no continuada. Sólo hay que recurrir a ellos si los otros procedimientos son inviables. Tapones de algodón, caucho, etc: se ajustan directamente al oído, sin ningún dispositivo de fijación externo. Auriculares, orejeras o cascos: especie de ventosas rellenas de material absorbente, con banda elástica de sujeción (arnés). Atenúan mejor las altas frecuencias que las bajas. Protectores activos: incorporan un sistema eléctrónico que detecta el ruido en el exterior y genera un ruido en su interior que, por interferencia destructiva, cancela el ruido exterior. Master PRLCYMA M. Herráez

10 Índice 4. Control de ruido y vibraciones. Esquema general. Control en la fuente. Control en el camino. Control en el receptor. Aplicaciones al diseño de máquinas más silenciosas. Master PRLCYMA M. Herráez 4-19 Aplicaciones al diseño de máquinas más silenciosas Propagación vía aérea. Fuente de ruido por impactos. Propagación vía estructural. Aislamiento de tabiques. Ruido en conductos. Master PRLCYMA M. Herráez

11 Propagación vía aérea El sonido a bajas frecuencias se comporta prácticamente como omnidireccional: no se ve afectado en exceso por bordes o orificios, ya que se crea una nueva fuente. Por eso, las barreras no son un buen método para aislar ese ruido. Ejemplo: En un compresor diesel, se producen altos niveles de ruido a bajas frecuencias, aunque se cree una buena cabina con silenciadores a la entrada y a la salida. Master PRLCYMA M. Herráez 4-21 Propagación vía aérea El sonido a altas frecuencias es muy direccional: se refleja con facilidad en las superficies, pasa por los orificios como un haz y no se difracta en los bordes. Las barreras son un buen método para aislar ese ruido. Ejemplo: una máquina de remachar, se coloca en el interior de una cabina para aislar al trabajador. Master PRLCYMA M. Herráez

12 Propagación vía aérea Para producir la misma cantidad de molestia, el sonido a bajas frecuencias debe tener un nivel mayor que a altas. A veces, si se tiene una fuente muy próxima, se intenta modificar su frecuencia de comportamiento hacia bajas frecuencias para crear menos molestia. Ejemplo: hélice del barco gira a una f menor, mediante una caja de cambios. Master PRLCYMA M. Herráez 4-23 Propagación vía aérea El sonido a altas frecuencias se atenúa mucho más con la distancia debido a la absorción del aire. Si se tiene una fuente alejada, se intenta modificar su frecuencia de comportamiento hacia altas frecuencias. Ejemplo: al aumentar el número de aspas de los ventiladores, la frecuencia es mayor. Master PRLCYMA M. Herráez

13 Propagación vía aérea Cuanto más cerca se monta una fuente de una superficie reflectante, mayor es el ruido que se genera en la sala. Master PRLCYMA M. Herráez 4-25 Índice Introducción. Propagación vía aérea. Fuente de ruido por impactos. Propagación vía estructural. Aislamiento de tabiques. Ruido en conductos. Master PRLCYMA M. Herráez

14 Fuente de ruido por impactos La frecuencia dominante del ruido depende de la velocidad de cambio de la fuerza, de la presión o de la velocidad. Cambio rápido pulso más corto frecuencias más altas. Más deformación más tiempo de contacto frecuencia menor. Master PRLCYMA M. Herráez 4-27 Fuente de ruido por impactos Cuando un evento se repite, se generan frecuencias que dependen del tiempo entre las repeticiones. Si se repite lentamente T grande bajas frecuencias. Si se repite rápidamente T pequeño altas frecuencias. La amplitud es proporcional a la amplitud del cambio. Ejemplo: 2 engranajes del mismo tamaño y a la misma velocidad de rotación, uno con el doble de dientes del otro. Fuente de ruido: contacto entre dos dientes. El del doble de dientes tendrá el doble de impactos por segundo el doble de frecuencia. Master PRLCYMA M. Herráez

15 Fuente de ruido por impactos Los cambios de fuerza, presión o velocidad generan ruido. Mayor cambio mayor nivel de ruido. Un cambio rápido en un tiempo corto es más ruidoso que un cambio gradual en más tiempo Ejemplos: Es peor: clavos y remaches. Es mejor: tornillos y pernos, que además permiten montar y desmontar con más facilidad. Master PRLCYMA M. Herráez 4-29 Fuente de ruido por impactos Ejemplo: Es peor un martillo neumático que un sistema hidráulico. Es peor una guillotina que una cuchilla que avanza progresivamente. Master PRLCYMA M. Herráez

16 Fuente de ruido por impactos En la caída de objetos, cuanto mayor es la masa y/o mayor es la altura, mayor es el ruido: 10 veces menor es 10 db menos. Ejemplo: Los productos fabricados van por una cinta transportadora hasta caer en caída libre al contenedor: mucho ruido, sobre todo al principio cuando el contenedor está vacío. Solución: Se sugiere una caída progresiva mediante lengüetas de goma o un contenedor con la altura de fondo regulable. Master PRLCYMA M. Herráez 4-31 Fuente de ruido por impactos La cinta transportadora está al borde de la tolva para impedir la caída libre y generar menos ruido. Master PRLCYMA M. Herráez

17 Índice Introducción. Propagación vía aérea. Fuente de ruido por impactos. Propagación vía estructural. Aislamiento de tabiques. Ruido en conductos. Master PRLCYMA M. Herráez 4-33 Propagación vía estructural Las vibraciones en estructuras pesadas (edificios, hormigón, barcos ) viajan hasta muy lejos, ya que presentan poco amortiguamiento interno debido al material. Si están conectadas a grandes superficies (placas), se generan niveles de ruido muy altos (altavoz). Hay que aislar la estructura de la fuente de vibraciones lo más cerca a la fuente posible. Master PRLCYMA M. Herráez

18 Propagación vía estructural Al conectar un sistema vibrante a una placa, el nivel de ruido es mayor debido a su gran eficiencia de radiación. Master PRLCYMA M. Herráez 4-35 Propagación vía estructural La maquinaria de los ascensores está colocada en una bancada independiente, con soportes antivibratorios para evitar la propagación vía estructural a través de todo el edificio. Master PRLCYMA M. Herráez

19 Propagación vía estructural Tubería con fijaciones flexibles a la pared. El panel de instrumentación, al vibrar hace que el depósito de aceite de la parte inferior emita mucho ruido. Solución: colocar el panel independiente del depósito. Master PRLCYMA M. Herráez 4-37 Propagación vía estructural Al golpear en una superficie ligera, se genera mucho más ruido que al golpear una pared pesada. Los motores, las bombas, hay que montarlos sobre bancadas, fundaciones, muy pesadas y no flexibles. Master PRLCYMA M. Herráez

20 Propagación vía estructural Si debes usar grandes paneles, es preferible que sean discontinuos o perforados, que presenta menor superficie y mayor cancelación de sobrepresión entre ambos lados. Es preferible paneles alargados que paneles cuadrados. Ejemplo: la cubierta de protección de la correa es mejor que sea una malla de alambre que una superficie lisa. Master PRLCYMA M. Herráez 4-39 Propagación vía estructural Es preferible varias correas estrechas sucesivas a una única correa de gran anchura. Un carrito de transporte construido por un marco metálico con paneles sujetos al marco dejando rendija, o incluso paredes de malla de alambre. Master PRLCYMA M. Herráez

21 Propagación vía estructural El nivel de vibración se reduce con el tiempo debido al amortiguamiento interno del material. Los metales tiene poco amortiguamiento interno: se recubre con una lámina de material absorbente. Master PRLCYMA M. Herráez 4-41 Propagación vía estructural La presencia de resonancias aumentan el nivel de ruido. Al añadir amortiguamiento, la amplitud disminuye y el ruido se atenúa. Ejemplo: La sierra circular presenta una resonancia con poco amortiguamiento. Al añadir un disco de goma con un disco rígido, se aumenta la masa y el amortiguamiento, con lo que se evita la resonancia y disminuye la amplitud. Master PRLCYMA M. Herráez

22 Propagación vía estructural La misma situación: Añadir paneles absorbentes con imanes. Colocar paneles amortiguadores mientras se remacha. Master PRLCYMA M. Herráez 4-43 Propagación vía estructural Los paneles grandes presentan frecuencias de resonancia bajas, difíciles de aislar. Al rigidizar el panel, la resonancia se va a frecuencias mayores y se pueden utilizar materiales amortiguadores. Master PRLCYMA M. Herráez

23 Propagación vía estructural Elección de los soportes antivibratorios: Máquina ligera + muelles rígidos = f res alta. Máquina pesada + muelles flexibles =f res baja La zona de aislamiento se produce por encima de la resonancia del sistema Cuidado si el amortiguamiento del soporte es pequeño. Master PRLCYMA M. Herráez 4-45 Propagación vía estructural Montaje de varios soportes elásticos: deben tener la misma rigidez o deflexión estática, para evitar cabeceos a altas frecuencias en los arranquesparadas. Si la máquina no tiene el peso uniformemente distribuido: los soportes que estén cerca del cdg deben ser más rígidos que los alejados. Otra posibilidad es montar soportes en la misma horizontal que el cdg. Master PRLCYMA M. Herráez

24 Propagación vía estructural Al rigidizar el suelo, se aumenta su f res y se evita la resonancia. Master PRLCYMA M. Herráez 4-47 Propagación vía estructural Tuberías flexibles con sujeciones flexibles. Master PRLCYMA M. Herráez

25 Índice Introducción. Propagación vía aérea. Fuente de ruido por impactos. Propagación vía estructural. Aislamiento de tabiques. Ruido en conductos. Master PRLCYMA M. Herráez 4-49 Aislamiento de tabiques Cuando el sonido incide sobre el tabique, éste vibra y se produce radiación al otro lado. Un panel presenta una frecuencias propias a flexión que dependen de su geometría, de su rigidez y de su espesor. Si la onda sonora incidente tiene una f similar a la de estos modos, se produce una resonancia: frecuencia de coincidencia. El panel no aisla. Este foso sólo desaparece si se tiene un amortiguamiento grande. Al aumentar el espesor mayor aumento de rigidez que de masa la frecuencia de coincidencia es más baja. Master PRLCYMA M. Herráez

26 Aislamiento de tabiques densidad superficial frecuencia Un parámetro importante en sus propiedades de aislamiento es la densidad superficial: masa/sup. Mayor aislamiento a altas frecuencias. Mayor aislamiento a mayor espesor El límite es la frecuencia de coincidencia: en ella, el tabique entra en resonancia y su aislamiento es peor. Master PRLCYMA M. Herráez 4-51 Aislamiento de tabiques Cortinas de goma pesada: presentan un alto aislamiento por ser muy flexibles. Master PRLCYMA M. Herráez

27 Aislamiento de tabiques Ejemplo: Se tiene una máquina con un problema de ruido a 1 khz. Se tiene un biombo con paredes de conglomerado de 25 mm y ventanas de 6mm. Existe una f coincidencia. Solución: montar 2 paredes de pladur, que es menos rígido. Master PRLCYMA M. Herráez 4-53 Aislamiento de tabiques Tienen el mismo aislamiento: Un muro de hormigón es más rígido que una pared de bloques macizos de hormigón (15mm frente a 23mm para el mismo comportamiento) y mayor que una pared de bloques con huecos del mismo material (15mm frente a 28mm para el mismo comportamiento). Master PRLCYMA M. Herráez

28 Aislamiento de tabiques Las particiones ligeras separadas por una cámara de aire dan un aislamiento que aumenta cuando la cámara aumenta. Lo mejor es que las dos particiones no estén conectadas entre sí, sino montadas en marcos distintos. Si son necesarias uniones: lo mejor es que sean pequeñas, elásticas y pocas. Si se coloca material absorbente en la cámara, mejor. Master PRLCYMA M. Herráez 4-55 Aislamiento de tabiques Habitualmente, el material absorbente se monta con paneles metálicos perforados que lo protegen. Además, mejora su comportamiento acústico. Un 15% de perforación es suficiente para no perturbar el comportamiento del material. Es mejor muchos agujeros pequeños que pocos grandes. Master PRLCYMA M. Herráez

29 Aislamiento de tabiques Paneles delgados montados en marcos absorben bajas frecuencias pero en un rango estrecho. Cuanto más amortiguador es el material del panel, mayor es dicho rango. Las frecuencias son menores cuanto mayor es: superficie y longitud a la pared, y menor espesor. Master PRLCYMA M. Herráez 4-57 Aislamiento de tabiques Cuando hay ruido a altas frecuencias, la barrera es más eficaz cuanto más alta sea y más cerca de la fuente esté. Además, interesa colocar un techo absorbente. Master PRLCYMA M. Herráez

30 Índice Introducción. Propagación vía aérea. Fuente de ruido por impactos. Propagación vía estructural. Aislamiento de tabiques. Ruido en conductos. Master PRLCYMA M. Herráez 4-59 Ruido en conductos El silenciador reactivo es efectivo para atenuar ruido a bajas frecuencias en un rango de frecuencia limitado: Su longitud determina la frecuencia atenuada. El cambio de sección está relacionado con el nivel de atenuación. También es válido el uso de las cámaras de expansión, sobretodo en presencia de pulsos de presión continuos. Master PRLCYMA M. Herráez

31 Ruido en conductos Por ejemplo, en un martillo neumático hay componentes a bajas frecuencias, de la sucesión de pulsos, y a altas, debidas al chorro de gas que se emite en cada pulso. Como solución, alrededor del cuerpo del martillo hay una cámara de expansión para reducir la emisión a bajas frecuencias. Master PRLCYMA M. Herráez 4-61 Ruido en conductos Cuando se tiene un ruido con un número discreto de tonos puros, es habitual crear un ramal (de longitud nº impar de /2) para que en él se creen interferencias destructivas que eliminen esas frecuencias. Si el tono no es puro, se crean varios ramales, aunque su atenuación sea menor. Master PRLCYMA M. Herráez

32 Ruido en conductos Resonancia de Hemholtz: al soplar aire sobre cavidades, se genera un tono puro. Su frecuencia depende de los tamaños de la cavidad y del orificio. Mayor volumen y menor diámetro supone menor frecuencia. En el ejemplo: la solución es redondear el borde y rellenar la cavidad, cambiando la forma de fijar la cuchilla. Master PRLCYMA M. Herráez 4-63 Ruido en conductos En un ventilador, si el flujo que llega ya tiene turbulencia, la amplifica y el ruido es mayor. Hay que colocar la hélice lejos de las fuentes de turbulencias (válvulas, codos, obstáculos, cambios de sección ) Master PRLCYMA M. Herráez

33 Ruido en conductos Los cambios bruscos de sección (o de presión) en el fluido generan burbujas, turbulencias, ruido. Los difusores son cambios de sección progresivos que minimizan el fenómeno. Las válvulas con asientos pequeños generan un flujo de velocidad local alto a altas presiones. Además, hay que intentar que el camino no sea tortuoso. Master PRLCYMA M. Herráez