La Acústica en las Instalaciones de Climatización. Cálculo de Silenciadores

Transcripción

1 La Acústica en las Instalaciones de Climatización. Cálculo de Silenciadores 1

2 Definición de sonido El sonido es una sensación auditiva producida por una onda acústica. La onda acústica resulta de una vibración del aire, debida a una serie de expansiones y compresiones Esta vibración se transmite desde la proximidad de la fuente al órgano de recepción. 2

3 Principios de control acústico En el proceso de control acústico existen tres etapas para realizar el control: Fuente Transmisión Recepción Para combatir el sonido se pueden utilizar dos armas: Masa Absorción 3

4 Diseño acústico En el momento de realizar el diseño acústico de la instalación se han de tener en consideración los siguientes puntos: Presiones sonoras a mantener en las zonas climatizadas. Posibilidad de alcanzar estos niveles sin la necesidad de aplicar técnicas de control sonoro. Cuando sea necesario realizar el control sonoro, prever en el diseño de los conductos, el espacio necesario para colocar los silenciadores. Comprobar si las fuentes sonoras pueden afectar a vecinos o bien si es necesario efectuar control del ruido que se transmite al exterior. Si las fuentes sonoras están en locales cerrados o en falsos techos, se han de estudiar las precauciones adicionales que deberán de tomarse en la selección de los equipos desde el punto de vista acústico. 4

5 Diseño acústico Durante el diseño acústico, los puntos que normalmente pueden ser más conflictivos son los siguientes: Curvas, codos, transformaciones mal diseñadas Deficiente situación de compuertas y baterías de calefacción o refrigeración Ventiladores situados en falsos techos ligeros o bien encima o debajo de locales con deficiente aislamiento acústico 5

6 Definiciones Longitud de onda Distancia entre contracciones o expansiones sucesivas: La longitud de onda, la velocidad y la frecuencia están relacionadas entre si por la fórmula λ = c/f c = Velocidad del sonido f = Frecuencia Frecuencia El número de fluctuaciones o periodos por segundo define la frecuencia o la altura del sonido 6

7 Definiciones Potencia sonora Energía sonora liberada por unidad de tiempo. Se expresa en decibelios por la formula L (db) = 10 log (P P 1 /P 0 ) siendo: P 1 = Potencia sonora de la fuente expresada en watios P 0 = Potencia sonora de referencia igual a watios El nivel de potencia sonora de una fuente caracteriza el ruido emitido por la fuente. 7

8 Definiciones Presión sonora El sonido se define como una vibración de un medio elástico, lo que produce una variación de la presión del medio en el que se propaga, por lo que se puede evaluar de una manera general el nivel sonoro en función de la presión sonora. Para expresar el nivel de presión sonora, se utiliza el decibelio, que se define por la fórmula: L (db) = 10 log (P/P 0 ) 2 = 20 log (P/P 0 ) siendo P = Presión de la onda sonora expresada en Pascales P 0 = Presión sonora de referencia igual a 2x10-5 Pascales El nivel de presión sonora caracteriza el ruido percibido por el oído. 8

9 Definiciones Decibelio Es la unidad utilizada en la medición del sonido, y es la relación logarítmica entre dos presiones sonoras o dos potencias sonoras, siendo una de ellas el nivel de referencia. Nivel sonoro transmitido por el conducto Potencia sonora que se transmite a lo largo de un conducto, tanto a través de la aspiración como de la impulsión de los ventiladores. Nivel sonoro radiado Potencia sonora que se transmite a través de una barrera como pueden ser conductos, paneles de las unidades de tratamiento de aire, paredes etc. 9

10 Definiciones Reverberación Ruido que se transmite por reflexión de las superficies de los locales. Tiempo de reverberación Es el tiempo que corresponde a un decrecimiento de 60 db del nivel de intensidad acústica. 10

11 Definiciones Intensidad acústica Intensidad acústica es la energía por unidad de superficie de onda. La intensidad acústica es proporcional al cuadrado de la presión acústica. I = P 2 / ρc ρ = Masa especifica del aire c = Velocidad del sonido en el aire El nivel de intensidad acústica se define por la fórmula: L 1 = 10 log I 1 /I 0 I 1 = Intensidad acústica del sonido en W/m 2 I 0 = Intensidad acústica de referencia igual a W/m 2 Esta intensidad de referencia corresponde a la presión sonora de referencia 2x10-5 Pa cuando la onda se propaga en el aire. 11

12 Definiciones Aislamiento acústico Reducción de la energía sonora transmitida hacia los locales próximos. Corrección acústica Reducción de la energía sonora en el local en que se encuentra la fuente. Coeficiente de absorción Relación entre la energía sonora absorbida con relación a la energía sonora incidente. 12

13 Curvas de ponderación Curvas de ponderación son las curvas que representan las correcciones aportadas por los filtros, en función de las frecuencias, con el fin de que reproduzcan sensiblemente las curvas del oído. Filtro A: Representa el comportamiento del oído para los niveles bajos, se utiliza para niveles comprendidos entre 0 y 55 db Definiciones Filtro B: Representa el comportamiento del oído para los niveles medios entre 55 y 85 db Filtro C: Se utiliza por encima de 85 db. Los resultados se expresan en db(a), db(b) o db(c). 13

14 de expansión y compresión son esféricas. Los ruidos aéreos son ruidos que se emiten y se propagan en el aire. Propagación de ruidos aéreos en espacios libres Cuando no hay un obstáculo, el sonido se propaga en línea recta a partir de la fuente. Si la fuente es omnidireccional, la propagación es uniforme en todas las direcciones y las ondas Al vibrar, la fuente libera una cantidad de energía, que es transmitida al aire próximo y es transportada por las ondas de expansión y compresión. A medida que se aleja de la fuente, la superficie de las ondas aumenta y como la energía total transportada es siempre la misma, la energía por unidad de superficie de onda decrece y por lo tanto el nivel sonoro disminuye. La reducción del nivel sonoro en campo libre es de 6 db cada vez que la distancia a la fuente se duplica. 14

15 los poros de la pared. Cuando una onda sonora encuentra una pared se produce: Propagación de ruidos aéreos en espacios cerrados - Reflexión sobre la pared de una parte de la energía transportada por la onda. -Transmisión por la pared de otra parte de la energía Cuando la pared es porosa, la energía transmitida es más importante que cuando la pared es estanca debido a que la onda incidente comunica su movimiento directamente al aire contenido en El nivel sonoro del ruido radiado a través de la pared es más pequeño que el nivel sonoro del ruido incidente (la mayor parte de la energía del sonido incidente es reflejada por la pared). La Ley de Masas dice, el nivel sonoro del ruido radiado es tanto mas pequeño cuanto más pesada es la pared Una pared pesada tiene un índice de debilitamiento acústico más alto que una pared ligera 15

16 Propagación de ruidos aéreos en espacios cerrados La ley de la frecuencia dice que el nivel sonoro del ruido radiado es tanto más pequeño cuanto más alta sea la frecuencia del ruido incidente. Una pared dada tiene un índice de reducción acústica mayor en las frecuencias agudas que en las frecuencias graves. Ley experimental de masa Ley de frecuencias Para 500 Hz para 100 Kg/m 2 25 Kg/m 2 32 db 125 Hz 32 db 50 Kg/m 2 36 db 250 Hz 36 db 100 Kg/m 2 40 db 500 Hz 40 db 200 Kg/m 2 44 db 1000 Hz 44 db 400 Kg/m 2 48 db 2000 Hz 48 db 16

17 Atenuación de materiales La atenuación por los materiales fibrosos es más alta para las frecuencias agudas que para las frecuencias bajas con independencia del espesor del material. Mientras que la absorción para las frecuencias bajas aumenta cuando aumenta el espesor. Los tableros reflexivos o los diafragmas absorben las frecuencias graves y las frecuencias absorbidas son tanto más graves cuanto más pesado y grueso sea el tablero y cuanto mayor sea la distancia al muro. El campo de absorción de un tablero reflexivo aumenta, situando detrás de el una manta fibrosa o porosa, encolada o no al tablero. 17

18 Procesos de absorción Existen tres procesos principales de absorción: Las fibras para las frecuencias agudas Las membranas para las frecuencias graves Los resonadores para las frecuencias medias Por las combinaciones de los diferentes tipos conseguiremos mayor eficacia en la absorción sonora. Colocando un material poroso en un diafragma se aumenta la absorción en frecuencias graves, ya que el efecto de la porosidad se añade al efecto de flexión. Una placa con orificios, colocada en un diafragma absorbe las frecuencias graves y medias. Si además se sitúan unas mantas de fibra detrás de estas placas, se mejora la absorción para las frecuencias agudas 18

19 Absorción sonora en el local La superficie de absorción equivalente de un local está ligada al tiempo de reverberación por la fórmula de Sabine: T = 0,16 x V / A siendo: T = Tiempo de reverberación en segundos V = Volumen del local en m 3 A = Superficie de absorción en m 2 19

20 20 Presión sonora y tiempos de reverberación según la Norma VDI2081 Tipo de local Presión sonora Tiempo de reverberación Vivienda db(a) Segundos Dormitorio (noche) 30 0,5 Salón (Día) 35 0,5 Hospital Habitaciones (día) 30 1 (noche) 35 1 Quirófanos 40 3 Pasillos 40 2 Auditorios Emisora de radio 15 1 Estudio de televisión 25 1,5 Salas de conciertos 25 2 Teatros de opera 25 1,5 Teatros 30 1 Cine 35 1 Oficinas Sala de reuniones 35 1 Despachos pequeños 40 0,5 Despachos grandes 45 0,5 Iglesias 35 3 Museos 40 1,5 Laboratorios 50 2 Piscinas 50 2 Restaurantes 45 a 60 1,5 Locales comerciales 45 a 60 1

21 Absorción sonora en el local 21

22 Suma de varios niveles sonoros Nivel sonoro resultante de n fuentes sonoras iguales es: L wa = L WB + 10log n Cuando la diferencia entre dos fuentes sonoras es mayor a 10 db, el nivel sonoro resultante es igual al nivel sonoro más alto. Cuando la diferencia entre dos fuentes sonoras es menor a 10 db, el nivel sonoro resultante será el nivel mayor más un valor que será función de la diferencia entre ambas fuentes. Diferencia L A L B Valor que hay que sumar a la fuente mas alta 3 2,6 2,1 1,8 1,5 1,2 1 0,8 0,6 0,5 0,4 22

23 presión total del ventilador por la fórmula: L w = L ws + 10 log V + 20 log Δ pt Potencia sonora generada por un ventilador Cuando no se conoce el espectro por banda de frecuencia emitido por un ventilador, se puede calcular la potencia sonora generada por el ventilador en función del caudal de aire y de la Siendo el valor de la potencia especifica L ws L ws = 1± 4 db con V en m 3 /h y Δ pt en Pa L ws = 37± 4 db con V en m 3 /s y Δ pt en Pa El espectro de potencia sonora es función del tipo de ventilador y número de alabes del rodete 23

24 Conductos rectos Potencia sonora generada por elementos de la instalación L = log v + 10log S W db v = Velocidad en m/s L WA = log v + 10log S db(a) S = Sección en m 2 Difusores L WA = log v + 30log ζ + 10 log S db(a) v = velocidad en m/s L WA = log V + 60log v + 30 log ζ db(a) ζ = Coeficiente de rozamiento L WA = log V + 30 log Δp t db(a) V = Caudal de aire en m 3 /h Δp = Pérdida de carga en Pa 24

25 Amortiguaciones Naturales del Sistema 25

26 Atenuación en conductos metálicos rectangulares y circulares Anchura o diámetro de conducto Lw en db/m por banda de frecuencia Conductos rectangulares ,1 a 0,2 m 0,6 0,6 0,45 0,3 0,3 0,2 a 0,4 m 0,6 0,6 0,45 0,3 0,2 0,4 a 0,8 m 0,6 0,6 0,3 0,15 0,15 0,8 a 1 m 0,45 0,3 0,15 0,1 0,05 Conductos circulares 0,1 a 0,2 m 0,1 0,1 0,15 0,15 0,3 0,2 a 0,4 m 0,05 0,1 0,1 0,15 0,2 0,4 a 0,8 m 0,05 0,05 0,1 0,15 0,8 a 1 m 0,05 0,05 26

27 Atenuación en conductos metálicos con aislamiento acústico en su interior Dimensión conducto Lw en db/m por banda de freercuencia Hz 0,15 a 0,15 m 4,5 4,0 11,0 16,5 19,0 17,5 0,15 a 0,3 m 3,5 3,0 8,5 16,5 18,0 15,5 0,3 a 0,3 m 2,5 2,0 7,0 15,5 15,0 10,0 0,3 a 0,6 m 1,5 1,5 6,0 15,0 10,0 7,0 0,6 a 0,6 m 1,0 1,5 5,0 12,0 7,0 4,5 0,6 a 0,9 m 1,0 2,0 3,5 8,0 4,5 3,0 0,6 a 1,2 m 0,5 1,5 3,5 7,5 4,0 2,5 0,6 a 1,8 m 0,5 1,5 4,0 7,5 4,0 2,0 Espesor de aislamiento 25 mm con una densidad de 40 Kg/m 3 27

28 Atenuación en conductos rectangulares de fibra de vidrio La atenuación por metro, en conductos de fibra de vidrio esta relacionada con sus dimensiones y los coeficientes de absorción por banda de frecuencia por la formula: L = 1,05. α 1,4 P/S Siendo L = Amortiguación. db/m. α = Coeficiente de absorción Sabine del material P = Perímetro interior del conducto S = Sección libre del conducto 28

29 Atenuación en codos y curvas a 90 con r<2d Lw en db por banda de frecuencia Dimensión en m k 2k 4k 8k HZ 0, , ,

30 Atenuación por bifurcaciones Relación de superficies S 1 / S 1 +S 2 +S 3 Reducción sonora Lw (db) 0,1 10 0,13 0, ,2 7 0,25 6 0,31 5 0,4 4 0,5 3 0,63 2 0,8 1 30

31 Atenuación por bifurcaciones 31

32 Atenuación por reflexión a la salida de la unidad terminal de impulsión Atenuación en db por banda octava Superficie libre en m , , , , , , , , , , , , , , ,

33 Atenuación por reflexión a la salida de la unidad terminal de impulsión 33

34 Fuentes de Ruido Regenerado 34

35 Compuertas cortafuego 35

36 Caudal de aire m 3 /h Compuerta 1.100x300 mm Sección efectiva 0,2245 m 2 Coeficiente de rozamiento 0,59 Compuertas cortafuego Velocidad efectiva 7,35 m/s Presión dinámica 33,70 Pa Presión estática 20,00 Pa 36

37 Velocidad efectiva 7,35 m/s Pérdida de carga 20 Pa Coeficiente de rozamiento 0,59 Potencia sonora especifica 54 d(b) K 2K 4K 8K Pot. sonora Compuertas cortafuegos Espectro relativo v = 7,35 m/s Espectro resultante

38 Ruido regenerado en cajas VAV y VAC 38

39 Caudal aire m 3 /h Diferencia de presión 100 Pa Tamaño caja TVS-A 400 Potencias sonoras regeneradas por la caja TVS-A K 2K 4K 8K Espectro

40 Características de los Silenciadores 40

41 Silenciadores 41

42 Silenciador tipo XSA 42

43 Silenciador tipo MKA200 43

44 Ruido regenerado en silenciadores por el flujo de aire Velocidad del aire v s en m/s Separación entre celdillas s en mm F m en Hz K K K K Lw en db(a)

45 Cálculo del Silenciador 45

46 Caudal de aire m 3 /h k 2k 4k 8k Espectro ventilador Amortiguaciones naturales 37 m condct de 1100x300 mm curvas a 90º B = Suma amortiguac. naturales Espectro resultante Cálculo de un silenciador considerando amortiguaciones naturales y ruidos regenerados 46

47 k 2k 4k 8k Espectro result Ruidos regenerados Caja TVS/A Cálculo de un silenciador considerando amortiguaciones naturales y ruidos regenerados Cortafuegos Espectro result

48 k 2k 4k 8k Espectro resultante Amortiguación silenciador MSA20/100/5 1500x550x Ruido regenerado en silenciador v S = 6 m/s Corrección por sección S = 0,825 m Espectro resultante Cálculo de un silenciador considerando amortiguaciones naturales y ruido regenerado 48

49 k 2k 4k 8k Espectro resultante Amortiguaciones naturales 18 mt. cond 1100x curva a 90º, B= Bifurcación (F = 0,024) Amortig. por reflexión unid. term.(s=0,00813 m 2 ) Suma amort. naturales Espectro resultante Cálculo de un silenciador considerando amortiguaciones naturales y ruidos regenerados 49

50 k 2k 4k 8k Espectro resultante Corrección a db(a) Potencia sonora resultante LWA 28 db(a) Potencia sonora unidad terminal LWA 25 db(a) Potencia sonora resultante LWA 30dB(A) Cálculo de un silenciador considerando amortiguaciones naturales y ruidos regenerados 50

51 GRACIAS POR SU ATENCIÓN 51

52 Equivalencia entre NC y db 52

53 Trox Española Nociones de acústica Bibliografia Acústica de los edificios. Mathías Meisser VDI 2081.Geräuscherzeugung und Lärmminderung in Raumlufttechnischen Anlagen Manual de conductos de aire acondicionado. Isover 53

54 Ley de Masas Cuando una onda sonora encuentra una pared se produce - Reflexión sobre la pared de una parte de la energía transportada por la onda. -Transmisión por la pared de otra parte de la energía Cuando la pared es porosa, la energía transmitida es más importante que cuando la pared es estanca debido a que la onda incidente comunica su movimiento directamente al aire contenido en los poros. Propagación ruidos aéreos en espacios cerrados El nivel sonoro del ruido radiado a través de la pared es más pequeño que el nivel sonoro del ruido incidente (la mayor parte de la energía del sonido incidente es reflejada por la pared La Ley de Masas dice, el nivel sonoro del ruido radiado es tanto mas pequeño cuanto más pesada es la pared. Una pared pesada tiene un índice de debilitamiento acústico más alto que una pared ligera 54

55 La ley de la frecuencia dice que el nivel sonoro del ruido radiado es tanto más pequeño cuanto más alta sea la frecuencia del ruido incidente. Una pared dada tiene un índice de reducción acústica mayor en las frecuencias agudas que en las frecuencias graves. Ley experimental de masa Ley de frecuencias Para 500 Hz para 100 Kg/m 2 Definiciones 25 Kg/m 2 32 db 125 Hz 32 db 50 Kg/m 2 36 db 250 Hz 36 db 100 Kg/m 2 40 db 500 Hz 40 db 200 Kg/m 2 44 db 1000 Hz 44 db 400 Kg/m 2 48 db 2000 Hz 48 db 55

56 Absorción en el local 56

57 Medida de los ruidos La medida de los niveles de presión de los niveles de intensidad sonora se realiza con la ayuda de un sonómetro. El sonómetro posee un micrófono, un amplificador, filtros de ponderación y un cuadrante de lectura. El resultado viene dado por una sola cifra que representa el nivel global del ruido. Así, dos ruidos que tengan espectros sonoros diferentes pueden tener el mismo nivel global. Si no se hace intervenir algún filtro de ponderación la medida se da en decibelios o decibelios lineales. Si se hace intervenir alguno de los filtros (A), (B), o (C), la medida será en db(a), db(b), db(c), pero en todos los casos se trata de niveles globales sin que se pueda reconocer la naturaleza de los ruidos a partir de estas mediciones. Un ruido puede estar compuesto por multitud de sonidos de frecuencias diferentes, por lo que un análisis detallado puede resultar muy laborioso, por lo que nos limitamos a separar el ruido en zonas, que corresponden a intervalos de frecuencias midiendo el nivel sonoro en cada una de ellas, introduciendo para este fin en el sonome tro filtros que solamente dejan pasar la energía acústica contenida en una banda de frecuencia. La banda de frecuencia normalmente utilizada es la que corresponde a intervalos de octava que corresponde al intervalo entre dos sonidos puros, cuyas frecuencias estén entre sí en la relación 2/1, estando representadas por sus frecuencias medias (63,125,250,500,1000,2000,4000,8000 Hz) 57