INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD CULHUACAN CONTROL DE RUIDO EN UNA INDUSTRIA MAQUILADORA

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD CULHUACAN CONTROL DE RUIDO EN UNA INDUSTRIA MAQUILADORA TESINA QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNCA PRESENTA: MARIN CRESPO VICTOR ALFONSO ASESORES: ING. JORGE ANTONIO CRUZ CALLEJA ING. LUIS GERARDO HERNANDEZ SUCILLA México, D.F. 20 de enero 2009

2 AGRADECIMIENTOS: A MIS PADRES: Sabiendo que no hay ninguna forma de agradecer una vida de sacrificio y esfuerzo, quiero que sepan que el objetivo logrado también es de ustedes y que la fuerza que me ayudo a conseguirlo fue su apoyo. Gracias por haberme dejado la herencia más valiosa que se le puede dejar aun hijo el estudio que no se compra con nada en el mundo sino con trabajo, esfuerzo, dedicación y sobre todo su apoyo a plenitud. Con cariño y admiración VICTOR ALFONSO. 2

3 ÍNDICE INTRODUCCIÓN.. 5 JUSTIFICACIÓN.. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA OBJETIVO GENERAL.. 10 CAPITULO I. ASPECTOS GENERALES DE RUIDO CARACTERÍSTICAS DE RUIDO. 11 MAGNITUDES INVOLUCRADAS EFECTOS AUDITIVOS. 20 NIVELES MÁXIMOS ADMISIBLES CAPITULO II. MEDICIÓN DE RUIDO INSTRUMENTACIÓN Y TÉCNICAS DE MEDIDA 24 COMBINACIÓN DE NIVELES. 34 CAPITULO III. CONTROL DE RUIDO IDENTIFICACIÓN DE LA FUENTE DE RUIDO 39 CONTROL DE RUIDO EN LA FUENTE EMISORA.. 46 CONTROL DE RUIDO EN EL MEDIO DE PROPAGACIÓN

4 CAPITULO IV. CONTROL DE VIBRACIONES MATERIALES AMORTIGUADORES DE VIBRACIONES. 57 BASES INERCIALES.. 61 CAPITULO V. AISLACIÓN ACUSTICA TRANSMISIÓN POR FLANCOS PÉRDIDA DE TRANSMISIÓN (PT).. 67 DESARROLLO.. 71 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 93 BIBLIOGRAFÍAS 95 4

5 INTRODUCCIÓN En la industria maquiladora que en distintos grados han alcanzado algunos países, ha traído como consecuencia la aparición de ciertas enfermedades profesionales llamadas profesionales entre las cuales se encuentra la pérdida de sensibilidad auditiva, cuyas causas son conocidas, así como los medios para contraerlas. Ejemplo de ello son los instrumentos científicos que permiten establecer una relación precisa, entre los niveles sonoros y la pérdida de sensibilidad auditiva además que es problema que esta considerado en la legislación laboral de muchas naciones como riesgo de trabajo. La contaminación acústica es uno de los problemas más fuertes en el país incluso en el mundo, ya que el sonido esta presente en todas partes a las que nosotros estamos presentes. En el trabajo, la oficina y en nuestra propia casa presentamos serios problemas de ruido y vibraciones, las maquinas que tejen, aviones, maquinas hidráulicas, cortadoras, taladros son algunos ejemplos de fuentes de ruido que pueden afectar al oído permanentemente e interferir en una conversación, o desgastes las paredes de los edificios o incluso destruirlos por las vibraciones presentes por estas máquinas. En este sentido resulta importante impulsar la capacitación de profesionales en seguridad industrial con el fin, no solo a reducir el riesgo de la pérdida de sensibilidad auditiva, sino también transmitir esos conocimientos a los trabajadores que están expuestos al ruido excesivo. 5

6 Por otra parte también se tiene como finalidad contribuir a la búsqueda de soluciones que permitan atenuar los daños físicos que el exceso de ruido y vibraciones suelen provocar a los trabajadores y áreas colindantes en un sector industrial y a las personas que estén presentes en ese momento Algunos de estos problemas ahora requieren la atención de todos especialmente de los ingenieros acústicos. El propósito de esta tesina es presentar los procedimientos, por los cuales uno procura solucionar los problemas típicos de ruido y vibraciones, dar datos de funcionamientos de algunas estructuras y técnicas acústicas más comunes usadas en control de ruido y vibraciones. 6

7 JUSTIFICACIÓN Debido a la alta intensidad de nivel sonoro y molestia de vibraciones dentro del taller mary es necesario implementar algunas técnicas de control de ruido y vibraciones para bajar el nivel sonoro (ruido) para que el operador se desempeñe de mejor manera en su área de trabajo, evitando el deterioro de paredes así, como las molestias a las áreas colindantes a través de las vibraciones mecánicas transmitidas. MARCO LEGAL Basado en la norma internacional ISO "Relativo a las condiciones de seguridad e higiene en los centros de trabajo donde se genere ruido" (en 1994 cambio su clasificación a NOM/STPS/011) en el se establece y desarrolla lo dispuesto en el articulo 140 del Reglamento General de Seguridad e Higiene en el Trabajo, haciendo referencia a los máximos permisibles de exposición a ruido y vibraciones. Debemos cubrir tres aspectos de suma importancia: protección, prevención y concienciación estos tres aspectos siempre los debemos tener en mente ya que son los que vamos aplicar en este rubro que exista algún tipo de riesgo para el operador, en particular a ruido y vibraciones, el cual fija los limites de exposición de ruido y vibraciones para el operador, el cual establece un límite base de tiempo de trabajo para un nivel sonoro continuo equivalente (NSCE), dicha ley estipula que ningún trabajador podrá estar expuesto a una dosis de ruido superior a 90dB(A) de nivel sonoro equivalente, para una jornada laboral de 8 horas por día y 48 horas laborales a la semana. 7

8 Si los operadores están expuestos bajo un nivel de ruido de 90dB(A) durante 8 horas diarias por veinte años de trabajo continuo tendremos como resultado un posible 16% de los operadores podrán sufrir perdida de sensibilidad auditiva de 25dB por debajo de las frecuencias centrales, si somos rigoristas y estrictos como la mayoría sabemos ninguno de estos trabajadores cuenta con un equipo de protección auditiva para laborar y tienen largas jornadas laborales, esto quiero decir que todo operador de una máquina podría sufrir un daño de sensibilidad auditiva irreversible a largo plazo. 8

9 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Debido al nulo tratamiento acústico en el taller de mary el cual se encuentra ubicado en: Calle: Lago chápala Nº196 Col: Agua azul C.P Estado de México Tel: El cual presenta problemas acústicos a diferentes niveles de ruido y vibración. Dicho taller tiene las siguientes medidas 6.7mx4.5mx2.5 largo, ancho, alto actualmente cuentan con 19 trabajadores y 14 maquinas. De los 21 trabajadores 14 son maquileros (trabajan en maquinas), 5 en la área de terminado, y 2 en almacenado estas dos ultimas mencionadas son áreas colindantes La forma de propagación de ruido es aérea debido a la fuente de ruido (motor de la maquina) y en cuanto a las vibraciones son por transmisión mecánica. Todo este ruido provocado por la fuente de ruido a la larga provocara perdida de sensibilidad auditiva, con daños irreversibles. 9

10 OBJETIVO GENERAL. Reducir el nivel de ruido generado por los motores dentro de la industria maquiladora, implementado diferentes tipos de técnicas de control de ruido y vibraciones. Objetivos específicos Reducir en nivel de ruido. Encapsular la fuente identificada de ruido. Reducir la perdida auditiva del operador. Reducir vibraciones por transmisión mecánica. Bajar el nivel de estrés del operador al término de su jornada laboral. 10

11 CAPITULO I ASPECTOS GENERALES DE RUIDO CARACTERISTICAS DE RUIDO Al ruido se le puede definir como un ruido desagradable. El ruido esta constituido por ondas acústicas que se propagan a través de un medio conformadas por pequeñas fluctuaciones de presión que son transmitidas desde su fuente emisora hasta el oído del receptor. Puede ser considero como un contaminante del espacio a diferentes escalas, según sea su procedencia ubicación y fuerza de producción. La velocidad del sonido dependerá del medio que lo conduzca: por ejemplo la velocidad de transmisión en el aire, a temperatura ambiente será de 340m/s, en el agua dulce es de m/s y en el agua del mar m/s. La velocidad de las ondas sonoras puede variar; a estas fluctuaciones de la velocidad se les llama frecuencia y se expresa en hertz (ciclo por segundo). El oído humano puede captar el sonido desde una frecuencia de 20 hertz (Hz) hasta una de Hz. Los sonidos inferiores a los 20 Hz se denominan infrasonidos y los superiores a los Hz, ultrasonidos. Por lo general, las frecuencias bajas corresponden a los sonidos graves y las altas los agudos. El ruido se desplaza generalmente a través del aire, cuya intensidad se incrementa o disminuye de acuerdo con el tipo de recorrido; por ejemplo, se incrementa cuando las ondas sonoras se reflejan en las paredes. 11

12 Emisión de ruido: Radiación sonora de una fuente, es una propiedad característica que no depende del entorno ni del local donde se encuentre dicha fuente. Inmisión de ruido: impacto del ruido en un puesto determinado. Depende de la distancia al puesto, del entorno y del local donde se encuentre la fuente. En las siguientes figuras se ilustran los conceptos de emisión (A) e inmisión (B) 12

13 El ruido aparenta ser uno de los agentes contaminantes mas inofensivos, ya que, es percibido fundamentalmente por un sentido, el oído, y ocasionalmente cuando aparecen grandes niveles de presión sonora, por lo tacto. Sus efectos son mediatos acumulativos. El receptor de la audición es indudablemente el hombre. Estas sensaciones pueden ser agradables o no, intensas o débiles, etc. Pueden poseer características que impidan o tornen difícil realizar ciertas tareas; incluso pueden ocasionar daños temporales o permanentes al oído. Desde la antigüedad el ruido ha llamado la atención de los estudiosos. 13

14 El proceso de la electrónica suministro una de las herramientas más valiosas con las que se encuentran en la actualidad: la audiometría, que permitió llegar a conclusiones muy concretas. La higiene y seguridad industrial adopto estas conclusiones, las recomienda y las aplica a la población industrial. Todo lo que se haga a favor, salvara la capacidad auditiva de miles de individuos. Los efectos de ruido pueden dividirse en dos grupos: efectos auditivos y no auditivos. En el campo laboral es lo que le sucede a muchas personas que expuestas a ruidos intensos pierden paulatinamente su capacidad auditiva. En la actualidad, existe conocimiento suficiente como para evaluar un sitio de trabajo y saber si existe un riesgo de daño al oído. Si bien los efectos auditivos afectan básicamente al oído expuesto, también aparecen efectos secundarios serios: desde que la persona oye menos, evita que se le hable, se vuelve hosco y cambia su personalidad, generando un problema psíquico. Su rendimiento decae, generando un problema económico y finalmente el núcleo familiar también se ve afectado, generando un problema social. 14

15 Presión sonora y nivel de presión sonora para algunas fuentes sonoras y ambientes acústicos típicos. Fuente Pref (Pa) NPS(dB) Umbral del dolor Discoteca a todo volumen Martillo neumático a 2m Ambiente industrial ruidoso Piano a 1m con fuerza media Automóvil silencioso a 2m Conversación normal Ruido urbano de noche Habitación interior de día Habitación interior de noche Estudio de grabación Cámara sono-amortiguada Umbral de audición a 1KHz

16 MAGNITUDES FUNDAMENTALES INVOLUCRADAS EN RUIDO Presión sonora (P) Se debe diferenciar entre presión estática, que es debida ala presencia del aire que rodea al individuo, y a la sonora, que se producida por el sonido, y resulta ser la diferencia entre la presión estática y la existente. La unidad que se utiliza más comúnmente en acústica, es el pascal. 1 2 pascal = 1newton/ m = 10µ B = dina 10 2 cm Por tratarse de un fenómeno periódico, se tienen valores instantáneos, máximos y eficaces. DENSIDAD DE ENERGIA (L) Es la energía sonora comprendida dentro de la unidad de volumen. Se mide en 2 erg / cm. INTENSIDAD SONORA (I) Es el valor medio de la potencia acústica instantánea que atraviesa la unidad aérea y se erg 2 mide en o en watts / m 2 seg cm Para el caso de una onda plana senoidal, resulta: 2 2 ρ Ι = µ ρc = ρ C 16

17 Ya que el sonido es un fenómeno periódico, la intensidad es el producto de la intensidad por la velocidad de la propagación. PRESIÓN SONORA Se aclara la diferencia que existe entre la presión atmosférica, debida a la atmósfera que nos rodea, y la sonora provocadas por fuentes acústicas, la primera se mide en 2 atmósferas o en pascal ( Ν / m ): 1 atmósfera = Pa = Ν / m Los sonidos que percibe el hombre son asociados por presiones mucho más pequeñas. Como resultado de múltiples mediciones se ha establecido como umbral de audibilidad (nivel mínimo de percepción auditiva) 2 m Ν / (20 µ Pa) 1000 Hz. El otro extremo de las escalas de percepciones auditivas es el denominado umbral del dolor, que es el sonido mas intenso que se puede soportar sin peligro de daño inmediato, el cual es de 20 2 Ν / m o 20 Pa. De modo que entre ambos sonidos (el mínimo perceptible y el mas intenso) se observa una relación aproximada de NIVEL Y DECIBEL El rango de presiones sonoras que hallamos en el campo del control del ruido es tan amplio que es más cómodo emplear el nivel de presión sonora, una cantidad que es proporcional al logaritmo de la presión sonora. Esto se debe a que la escala logarítmica es más fácil de graficar que una escala lineal. Por definición, el nivel es el logaritmo de la razón de una cantidad dada con respecto de una cantidad de referencia del mismo. Hay que indicar la base del logaritmo, la cantidad de referencia y el tipo de nivel. Por ejemplo, el tipo de nivel se indica mediante el uso de 17

18 un término compuesto, como el nivel de presión sonora o el nivel de potencia sonora. La cantidad de referencia permanece inmodificada ya sea el valor pico. El decibelio (db) es una unidad de nivel que denota la relación entre dos cantidades que son proporcionales en su potencia. El número de decibelios que corresponde a esta relación es de 10 veces el logaritmo de (base 10) de la razón de las dos cantidades. Es oportuno hacer ciertas observaciones: La expresión de una magnitud en db no tiene unidades, ya que se trata de una relación y, en este caso, nos referimos no ala magnitud sino a su nivel. Dicha expresión no tiene valor, a menos que se especifique el valor de la magnitud tomada como referencia. NIVEL DE POTENCIA SONORA ( NPS ): El nivel de potencia sonora, NPS de una fuente, en decibelios, se obtiene mediante la expresión. NPS = 10log 10 W W 0 db 12 Puesto que el valor normalizado de referencia W 0 = 10 W resulta: W NPS = 10log10 = 10logW + 120( db)

19 NIVEL DE INTENSIDAD SONORA ( NIS ) NIS = 10log 10 I I 0 db Siendo el valor normalizado de referencia I = 10 W / m resulta: NIS = 10log I + 120( db) NIVEL DE PRESION SONORA 2 NPS = 10log10 ( p / p0) = 20log10( p / p0) db Siendo el valor normalizado de referencia P = 2 10 N / m, resulta: P NPS = 20log10 = 10log P + 94( db)

20 EFECTOS AUDITIVOS PERDIDA TEMPORAL. Cuando una persona esta expuesta a ruidos muy intensos, su sensibilidad auditiva disminuye, lo que significa que la persona necesita un mayor nivel para oír. El umbral de sensibilidad se eleva más a las frecuencias en la vecindad de los 4KHz. A este fenómeno se le llama pozo de los 4000KHZ. La perdida temporal de la audición no es inmediata ni irreversible en un principio. Es un fenómeno parecido al que se observa después de estar expuestos a la intensa luz del sol y luego entrar en un sitio oscuro: se tarda en ver el interior. Es como si se perdiera temporalmente la vista, que tarda en recuperarse. En caso del ruido sucede algo similar: al salir del sitio ruidoso, la persona se siente aturdida y ensordecida. Luego de un tiempo, que depende del individuo y del nivel sonoro, la sensibilidad auditiva se recupera y vuelve a su valor original. 20

21 Fisiológicamente, se trata de una fatiga de las células filares que necesitan reponerse para volver a su estado natural. A este fenómeno se le denomina perdida temporal de audición. PERDIDA PERMANENTE. Si la persona esta expuesta frecuentemente al ruido intenso sin que su oído se haya recuperado de la exposición anterior, las células ciliares se debilitan y mueren. Se ven las células como lijadas con papel esmeril. En otras palabras sucede una necrosis de los elementos generadores de la señal que va al cerebro. Consecuentemente al no existir elemento generador, no existe la sensación auditiva y el individuo pierde la audición. En la perdida permanente, la audición de la persona no se recupera jamás. Está comprobado que la perdida permanente de la audición producida por el ruido depende de una combinación de nivel sonoro y combinaciones a la exposición. NIVELES MAXIMOS ADMISIBLES. El problema que el encargado de una planta de seguridad se plantea en una situación donde existen ruidos de niveles elevados, esto se puede traducir en: Cuál es el nivel máximo sonoro al que se puede exponer al personal? Cómo se mide el ruido existente? Para comenzar se debe hablar de dos tipos de niveles: el máximo instantáneo y el continuo (o interrumpido) que esta siempre. El nivel máximo del primero es de 120dBA, ya que ruidos superiores a este nivel pueden sufrir daños inmediatos. 21

22 Ninguna persona debe estar expuesta a niveles superiores a los 120dBa, sin protección auditiva adecuada. Cuando se trata de ruidos de menor nivel, el tiempo de exposición empieza a tener mayor importancia, ya que el daño auditivo es una combinación compleja de niveles sonoros de la exposición. En referencia a niveles máximos permisibles, existen dos clases de normas internacionales. La diferencia entre ellas es el llamado factor de intercambio que se refiere al incremento del nivel sonoro que se puede tolerar cada vez que el tiempo de duración se reduce ala mitad. La tabla ilustra lo antedicho: Si se aceptan 90 dba, como el nivel continuo al que una persona puede estar expuesta durante una jornada laboral de4 horas. Los partidarios de factor de intercambio de 3 db (La mayoría de los países europeos, Canadá y la ex Unión soviética)dicen que cada vez que el nivel sonoro se incrementa en 3dB, la duración de la exposición se debe reducir a la mitad. Los que utilizan de el factor de 5 db (EUA, y varios países americanos) dicen que la duración se debe reducir a la mitad, cuando el nivel sonoro se incrementa en 5dB. La tabla cuyos valores se ilustran en el grafico y demuestra que el factor de intercambio de 3dB es más conservativo, ya que exige niveles menores para una duración dada. Por ejemplo para una hora de exposición ellos aceptan 99dBA contra los 105dBA aceptados por los partidarios de los dba. 22

23 Tiempos máximos de exposición. Tiempos de exposición (Hr) Nivel equivalente máximo (dba), ( 3dB) L eq Nivel equivalente máximo (dba), ( 5dB) L OSHA

24 CAPITULO II INSTRUMENTACION Y TÉCNICAS DE MEDIDA INTRODUCCIÓN Previo a realizar un programa de medición en ruido, se debe tener claramente definido el objeto de realizar el mismo, los datos requeridos para conseguirlo, y las medidas que se deberán llevar a cabo. En esta ultima etapa se elegirá cual será la instrumentación adecuada, y para esto se deberá tener en cuenta las características del ruido a medir, ya que el espectro de ruido puede ser de banda ancha como el ruido de aviones, o también puede ser ruido de banda estrecha como el de ventiladores o bien ruido compuesto por tonos como ruido de motores eléctricos. Además el nivel de ruido puede ser prácticamente constante, como se presenta en el caso de procesos industriales continuos; o puede llegar a ser muy variable en el tiempo como se presenta en obras de edificación; también pueden ser de un ruido intermitente combinando momentos de ruido con momentos de silencio como en el caso de lugares cercanos a vías de ferrocarriles. 24

25 También se presentan problemas adicionales cuando se mide ruido de tipo impulsivo, como en el caso de maquinas neumáticas, disparos o ruidos de impacto. Se debe evaluar de igual manera en el procedimiento de medida la influencia del entorno sobre las fuentes de ruido. En fin, la cantidad y tipo de analisis que se lleven acabo influirá en la elección de la instrumentación y de los procedimientos de medida a realizarse. Un programa básico de investigación necesitara una gran cantidad de datos de alta calidad así como analizados de múltiples maneras. En contraste una investigación de control de ruido normalmente no requiere de muchos datos. Otro factor importante a la hora de elegir un equipo, es si es portátil. Esto para uso en exteriores, que sea ligero, fácil de calibrar y alimentación por baterías recargables. Existe un caso especial que es la ponderación en frecuencia según la respuesta en frecuencia del oído humano. En este caso, que es el más habitual en la instrumentación de medida (escala A), obtenemos una medida muy representativa de los efectos subjetivos sobre el oído humano. La ponderación A es la más utilizada, la mayoría de las normas nacionales e internacionales están basadas en medidas de ponderación A, o en otros parámetros derivados de estas medidas, y que permiten una estimación de la variación del ruido en el tiempo. Si se necesita un analisis en frecuencia del ruido, podemos efectuar las medidas en bandas normalizadas de 1 octava y 1/3 de octava, dependiendo de la aplicación y resolución deseada. Es común analizar en bandas de octava el ruido de maquinas de oficina o sistemas de ventilación, mientras el ruido de aviones, cuando se requiere obtener el índice de PNL, se realizan en 1/3 octava. 25

26 SISTEMA BASICO DE MEDIDA Para la medida del ruido acústico existe una gran variada de sistemas distintos, incluyendo aquellos que consiste en un determinado número de instrumentos interconectados, y con los que es posible afrontar la mayoría de los problemas que se encuentran en la práctica. Aunque cada equipo es distinto, básicamente todos los equipos consisten en un transductor suele ser un micrófono, aunque para algunas aplicaciones se utilizan acelerómetros o sensores de fuerza. La sección de analisis es normalmente la mas completa, y se compone de una gran variedad de circuitos para acondicionar la señal eléctrica, ponderarla e integrarla si es necesario. En el caso más sencillo, esto consiste en una ponderación en frecuencia con algunas de las redes de ponderación. La sección de salida consiste por lo regular en un medidor calibrado con un tiempo de respuesta normalizado, siendo los mas habituales los que se definen en la norma IEC. Sin embargo, los avances en electrónica han permitido disponer de utilidades de visualización diferentes como unidades de lectura digitales, impresoras alfanuméricas, pantallas de rayos catódicos entre otros. Incluso permiten la conexión con ordenadores, mediante el bus normalizado serie RS-232 o el bus paralelo IEEE-488, para un almacenamiento masivo de datos y procesos. 26

27 INSTRUMENTACION DE MEDICION PORTÁTIL. SONÓMETROS. Es muy probable que el sonómetro portátil sea la mejor elección para tener un sistema de medida completo y preciso, y que incluye todos los elementos mencionados antes, existiendo una gran variedad de modelos que van desde el mas sencillo que efectúa únicamente medidas ponderadas, a lo mas complejo que son todas las redes de ponderación normalizadas y facilidades para medir ruidos impulsivos, utilizar filtros o integradores conservando su característica de ser portátil. Los sonómetros actuales permitan medir diferentes características del ruido como valor máximo con constantes de tiempo fast o slow y reset automático cada 1 segundo o mediante pulsador, o también valor máximo de pico, muy útil en la perdida de la audición. Los sonómetros se clasifican según su grado de precisión en clase 0, 1, 2 y 3, siendo la clase 0 los de máxima precisión. Para muchas medidas normalizadas se recomienda por lo menos sonómetros de clase 1, ya que los de clase2 y 3 presentan mayor tolerancia. Los diseñadores ahora pueden construir sonómetros con mayor número de funciones en un espacio cada vez menor y aun más ligeros. Estos sonómetros incluyen ponderaciones A, C lineal y lineal de banda muy ancha, respuestas RMS, fast, slow, e impulse y constantes de tiempo pico (peak) de tan solo 50 microsegundos. Son capaces de medir y calcular simultáneamente, SEL, nivel de presión actual, y los niveles máximo y mínimo obtenidos en la medición. El concepto mas avanzado en cuanto a sonómetros es el sonómetro modular, que consiste en un ordenador introducido en la caja del sonómetro y que puede medir y 27

28 efectuar cualquier medida o cálculos con medidas previas dependiendo únicamente del cartucho de memoria que se haya cargado. A modo de ejemplo, el sonómetro, el sonómetro analizador modelo 2250 de Brüel& Kjær es un analizador innovador de cuarta generación y portátil. La filosofía de diseño se basa en una investigación exhaustiva que ha dado como resultado un instrumento sencillo y seguro de usar, incorporando al mismo tiempo unas características inteligentes. La plataforma ha sido especialmente diseñada para adaptarse a las necesidades futuras, además de reunir las necesidades ergonómicas de los usuarios. El modelo 2250 contiene un conjunto de módulos de programa, incluyendo análisis de frecuencia y registro de datos, fácilmente activables a través de una licencia o puede pedir exactamente lo que desea en la fábrica. La combinación de los módulos de programa junto con el hardware innovador convierten este instrumento en una solución para tareas de medición de alta precisión, en entornos y áreas ocupacionales e industriales. Como resultado, obtiene la funcionalidad que necesita, además de la opción de adquirir otras funcionalidades más tarde de esta forma, le garantiza la seguridad de su inversión ahora y en el futuro. Sus principales características son: Utiliza materiales antideslizantes y bordes de fácil sujeción. Incorpora una correa de seguridad Mayor ligereza (650 g. incluida la batería) Batería de ión litio que proporciona mayor duración. Integra un micrófono secundario para la grabación de comentarios que se vinculan de forma sincronizada a los resultados de la medida. 28

29 Cuenta con indicadores que guían paso a paso al usuario a la hora de hacer la medida. Pantalla táctil para poder manejarlo directamente con un puntero desde la pantalla, pudiendo también manejarse desde teclado. Configuración de la pantalla para medida en condiciones de mala visibilidad (pantalla nocturna y/o expansión de la medida principal para que ocupe la pantalla completa) Gran rango dinámico (120 db) Incluye indicadores luminosos que informan sobre el estado del equipo (verdenormalidad, ámbar- alerta y rojo-sobrecarga) Detecta automáticamente la pantalla antiviento y hace la corrección necesaria para eliminar su influencia NORMAS Conforme con las siguientes normas: Clase 1 según UNE-EN 60651:1996 y UNE-EN 60651/A1:1997 Tipo 1 según UNE-EN 60804:1996 y UNE-EN 60804/A2:1997 IEC (2002) Clase 1 DIN (1997) ANSIS (R1997) más Enmienda ANSI S1.4A-1985, Tipo 1 ANSIS Tipo 1 Sonómetro 2250 con Software BZ7223 El BZ7223 añade las siguientes normas a las anteriores: 29

30 IEC (1995) más Enmienda 1 (2001), bandas de octava y bandas de 1/3 de octava, Clase 0. ANSI S (R 1993), bandas de octava y bandas de 1/3 de octava, Orden 3, Tipo 0-C, intervalo opcional En los llamados sonómetros integradores, el interruptor etiquetado como Weighting (ponderación) permite seleccionar la curva de ponderación que va a ser usada: Curva A (dba) mide la respuesta del oído, ante un sonido de intensidad baja, es la mas semejante a la percepción logarítmica del oído humano, aun que los estudios de psicoacústica modernos cuestionan esta afirmación. Se utiliza para establecer el nivel de contaminación acústica y el riesgo que sufre el hombre al ser expuesto a la misma. Por ello, es la curva que se utiliza a la hora de legislar. 30

31 Curva B (dbb) su función era medir la respuesta del oído ante intensidades medias. Como no tiene demasiadas aplicaciones prácticas es una de las menos utilizadas. Muchos sonómetros no la contemplan. Curva C (dbc) mide la respuesta del oído ante sonidos de gran intensidad. Es tanto o más empleada que la curva A a la hora de medir los niveles de contaminación acústica. También se utiliza para medir los sonidos mas graves. Curva D (dbd) Se utiliza, casi exclusivamente, para estudiar el nivel de ruido generado por los aviones. Curva U (dbu) Es la curva de más reciente creación se utiliza para medir ultrasonidos, sonidos no perceptibles por los seres humanos. Como cualquier otro instrumento, el sonómetro cuanta con una gran gama de accesorios (además de los que les posibilita su propia electrónica). Curvas de compensación (o ponderación) A, B, C y D. Para cada frecuencia. En 1 khz todas las curvas coinciden en 0 db. Curvas de ponderación A, B, C y D 31

32 CALIBRADORES Se recomienda utilizar el calibrador de nivel sonoro Brüel & Kjær 4231 es una fuente sonora portátil que sirve para verificar "in situ" el ajuste de los sonómetros, dosímetros y, en general, de cualquier aparato de medida del sonido. Es compatible con los micrófonos de condensador Brüel & Kjær de una y media pulgada. Normas: es de Tipo 1 según la norma IEC 942 (1988) sobre calibradores acústicos. Micrófonos: válido para micrófonos de 1" y 1/2", así como 1/4" y 1/8" con adaptadores (no incluidos). Nivel de Presión Sonora: 94 db ± 0,2 db en las condiciones de referencia. Posibilidad de aumentar el nivel en +20 db (± 0,1 db) para condiciones ruidosas. Frecuencia: 1 khz ± 0,1 % Condiciones de referencia: Temperatura: 20 ºC Presión: 1013 hpa Humedad: 65% RH Volumen de carga efectivo: 0,25 cm3 Influencia de las condiciones ambientales (típica): Temperatura: ± 0,0015 db/c Presión: db/hpa Humedad: 0,001 db/%rh Estabilidad: mejor que 0,02 db (según IEC 942) Distorsión armónica total: menor que el 1% Alimentación: 2 pilas alcalinas de 1,5 V, tipo LR6 (tamaño AA) con una duración aproximada de 100 horas de uso continuo a 20 ºC. Dimensiones: 30 mm x 72 mm x 72 mm 32

33 Peso: 150 g (con las pilas) Marcado CE: dispone de marcado CE de seguridad FILTROS Para tener un mejor conocimiento de las características de ruido es necesario efectuar un analisis de frecuencia del mismo, por lo que nos valdremos de unos instrumentos denominados filtros, que permiten evaluar la composición del ruido por banda de frecuencia. Existen diferentes tipos de filtros según la aplicación a emplear, pero se pueden dividir en dos grandes clases: los de laboratorio y los de medida de campo, que generalmente se conectan a los sonómetros. De los filtros de sonómetros, los más habituales son los de: 1 octava 1octava y 1/3 de octava Infrasonido y ultrasonido Los filtros de una octava se componen, en general, de 10 filtros normalizados de frecuencias centrales comprendidas entre 31.5 Hz y 16 KHz, mientras que los de una 33

34 octava y 1/3 de octava tienen frecuencias centrales comprendidas entre 20 Hz y 20 KHz. Los filtros de infrasonido y ultrasonido tienen como misión evaluarlas componentes del ruido con frecuencias inferiores y superiores al margen audible. Antes de seleccionar un filtro de estas características es conveniente asegurarse que la respuesta en frecuencia del sonómetro al que deba ir conectado sea mayor que la del filtro, esto es, un sonómetro que tenga una respuesta en frecuencia comprendida entre 20 Hz y 20K Hz no permitirá el uso de filtros de infrasonidos o ultrasonidos. Para este tipo de filtros, la respuesta en frecuencia del sonómetro debe ser, por lo menos, desde 1Hz hasta 50 o 60 KHz. La ventaja de los filtros modernos es que permiten efectuar analisis automático en frecuencias de u ruido cuando se conectan a registradores portátiles de nivel. Por otro lado, permiten obtener espectros no solo de ruidos captados mediante un micrófono, sino también espectros de señales vibratorias captadas mediante acelerómetros. Los filtros deben de cumplir con la norma EN 61260/IEC 1260 (1995) COMBINACIÓN DE NIVELES Frecuentemente es necesario sumar dos o más niveles de intensidad presión u otra magnitud. La suma de fuentes sonoras incoherentes es una composición energética de los mismos y por tanto el nivel resultante esta dado por: 2 2 ( Ρ ) i Ρ 2 2 Ρ Ρ 10 log 10 log 10 log i L Ρ = = = = 10 log 2 2 i Ρ0 Ρ0 Ρ0 Ρ 0 34

35 Como 2 2 Ρ Ρ LΡ i 10 LΡi = 10 log = 10 Ρ0 Ρ0 L Ρ = Ρ i 10 log 10 i L 10 Para sumar niveles de forma práctica y sencilla podemos utilizar un método grafico. Sean los niveles L 1 y L Se calcula la diferencia de nivel entre L 1 y L Este valor se en el eje de las abscisas y se sube hasta la intersección con la curva, trazando una línea horizontal hasta el eje vertical. 3. El valor encontrado se suma al menor de los niveles L i. 4. El valor obtenido se resta del nivel total, siendo este el nivel real de la fuente sonora. 35

36 Por ejemplo: Hay que sumar 95 dba dba Primero debemos realizar la diferencia 100 dba 95 dba = 5dBA Segundo debemos localizar la diferencia entre niveles en la grafica en el eje de las abscisas la cual es 5 dba y se sube hasta la intersección con la curva, trazando una línea horizontal hasta el eje vertical como lo muestra la grafica. El valor encontrado es 6.3 el cual se suma al menor de los niveles entonces tenemos el siguiente resultado. 95 dba + 6.3dBA = También es posible sumar niveles de forma sencilla utilizando las siguientes reglas: 1. Cuando dos niveles son iguales o tienen una diferencia de 1 dba entre ellos, su suma es de 3 dba mayor que el valor individual. 2. Cuando dos niveles tienen una diferencia de 2 o 3 dba, su suma es 2 dba más grande, que el nivel individual. 3. Cuando los niveles tienen una diferencia entre 4 y 9 dba, su sumatoria es de 1 dba mas alto que el mayor nivel individual. 4. Cuando dos niveles tienen una diferencia de 10 dba, su sumatoria es el mismo valor que el nivel más grande. Si los niveles a sumas son mas de dos, se ordenan los niveles de mayor a menor y se suman de dos en dos utilizando las reglas anteriores. 36

37 CAPITULO III CONTROL DE RUIDO Ya sea ha visto que existen una gran variedad de fuentes de ruido distintas y que existen también varios tipos de ambientes ruidosos a lo que estamos expuestos. El control de ruido se ha transformado en las últimas décadas en un tema necesario para todo nuevo emprendimiento en cualquier área de la tecnología aplicada, desde el proyectote un pequeño electrodoméstico hasta una instalación industrial de gran aporte, pasando por maquinarias, vehículos y proyectos arquitectónicos de todo tipo y alcance. Una razón para ello es la creciente toma de conciencia por parte de la sociedad acerca del problema de la contaminación del ambiente en general y sonora en lo especifico la respuesta ante esa inquietud no se ha hecho esperar, existiendo a nivel nacional e internacional numerosas normas, disposiciones y reglamentaciones que regulan los edificios públicos, ambientes laborales, recreacionales, asistenciales, etc. todo problema de control acústico debe ser analizado desde la fuente, en los medios de transmisión y en el propio receptor. En el analisis de un problema de ruido se ha de conocer perfectamente la totalidad de circunstancias existentes, una vez analizadas se pueden abordar las soluciones pertinentes desde el punto de vista técnicamente más correcto o económicamente más factible. Pasos para obtener la información necesaria. a) definir la fuente, el medio, receptor y analizar. b) Seleccionar el equipo de medida c) Determinar el nivel de ruidos y el tiempo de exposición d) Establecer sistemas de reducción 37

38 e) Examinar el funcionamiento de la máquina f) Determinar las principales fuentes de ruido g) Analizar las posibilidades de reducir el ruido en su origen h) Evaluar la efectividad y el costo i) Seleccionar el procedimiento optimo El control o reducción del mismo. Planificación de equipos ruidosos en zonas apropiadas, abordando sobre el equipo generador o en su medio de transmisión, en el receptor mediante su aislamiento, realizado un correcto control del tiempo de exposición del personal expuesto. El control de ruidos en el momento del diseño de la instalación es el procedimiento mas económico, útil y factible. Pautas a seguir para el control de ruido Para el análisis y solución de los problemas de ruido es conveniente seguir las pautas siguientes: 1) Identificar las fuentes de ruido y medir o estimar los niveles de ruido de cada uno de ellas. 2) Evaluar el aporte relativo de los campos directo y reverberante 3) Determinar la importancia del ruido transmitido por la estructura: a) Aislación del sonido b) Aislación de vibraciones estructurales que se convierten en sonido. 38

39 4) Evaluar la importancia del sonido transmitido por los flancos (fugas, pérdidas, etc.) 5) Establecer prioridades y niveles requeridos de reducción 6) Proponer, evaluar y seleccionar medidas de control. IDENTIFICACIÓN DE LA FUENTE DE RUIDO La identificación de las fuentes de ruido consiste no sólo en descubrir qué elementos contribuyen a incrementar el campo sonoro de un ambiente acústico (lo cual en la mayoría de los casos es casi evidente) sino también en determinar cuantitativamente la importancia relativa de cada fuente. Cuando el control de ruido se encara desde la etapa del proyecto de una instalación se tiene la ventaja de que es posible conocer las especificaciones sobre la emisión de ruido de los equipos a utilizar. En máquinas grandes, puede justificarse requerir ensayos específicos entre las condiciones de compra, especialmente cuando por la naturaleza del proceso que realizan se prevea una considerable emisión de ruido. Otra dificultad es que no es fácil pronosticar el incremento en la emisión a causa del envejecimiento de una máquina, por lo cual un determinado conjunto de medidas de control de ruido puede ser efectivo cuando la instalación es nueva pero no algunos años más tarde, al acumularse el desgaste de partes. Estos inconvenientes para estimar el ruido provocado por una fuente determinada no existen en una instalación en funcionamiento, ya que es posible realizar todas las mediciones que sean necesarias. 39

40 El problema pasa a ser entonces el de realizar suficientes mediciones como para individualizar el aporte de cada fuente individual al ruido general. Los recursos disponibles para ello son: a) Medición de espectro del campo directo de cada fuente b) Medición de espectro del campo reverberante c) Medición de espectro de las vibraciones de cada fuente. d) Correlación entre los resultados anteriores e) Correlación con los diversos mecanismos de generación de ruido presentes, por ejemplo sierras, cajas reductoras, ventiladores. f) Verificación de la consistencia entre los resultados obtenidos y los esperados de acuerdo a las características del ambiente acústico (absorción, volumen, superficie, relación entre las dimensiones de las fuentes y la longitud de onda, etc.) RUIDO TRANSMITIDO POR LA ESTRUCTURA El ruido presente en un recinto no se limita al generado por las diversas fuentes ubicadas dentro del mismo, sino que puede deberse en parte a fuentes externas, separadas por uno o más tabiques que actúan como transmisores de sonido y/o vibraciones. Si se conoce la pérdida de transmisión del tabique y el nivel de presión sonora del lado de la fuente, El caso analizado corresponde a la transmisión de sonido aéreo a través de un tabique, es decir, la transmisión de un ruido cuya forma de energía original era sonora. 40

41 Otra situación importante se da cuando la estructura propaga energía originalmente vibratoria. Para tener una adecuada imagen del fenómeno, debe observarse que para que un tabique radie un ruido de 60dB, por ejemplo, su amplitud de vibración debe ser mucho mayor que la que se produce en el tabique cuando es sometido a un ruido de 60dB. Tales niveles de vibraciones son, no obstante, fácilmente comunicados a la estructura por máquinas como el motor de un ascensor. Dichas vibraciones se propagan casi sin atenuación a lo largo de distancias considerables, y así es que puede encontrarse el mismo tipo de ruido en varios ambientes diferentes. De hecho, esta característica permite comprobar que se trata de ruidos generados por vibraciones de la estructura. Estos ruidos son muy difíciles de eliminar si no es tratando la fuente misma, utilizando, por ejemplo, aisladores de vibraciones. AISLAMIENTO SONORO Existen tres formas básicas de aislamiento: la pantalla o barrera acústica (aislamiento del campo directo), el encapsulamiento de la fuente y el encapsulamiento del receptor. La pantalla es bastante efectiva en el caso de ruido en exteriores, donde el efecto preponderante es el del campo directo. En los locales, requieren un refuerzo con material absorbente así como el tratamiento de algunas superficies reflectoras, como el cielorraso en la zona inmediatamente encima de la barrera, como se aprecia en la figura. En interiores la pantalla no resultará muy efectiva para controlar el campo reverberante a menos que esté recubierta con material muy absorbente. La principal aplicación es para casos de predominancia del campo directo. 41

42 Uso de una pantalla acústica para reducir la propagación del ruido por campo directo entre la fuente y el receptor. PANTALLA ACUSTICA Otra consideración importante al decidir usar una barrera acústica es que si bien la misma bloquea la onda sonora directa desde la fuente al receptor, también incrementa el ruido radiado en la dirección opuesta debido a la reflexión. Para bajas frecuencias, si la fuente está muy próxima a la pantalla puede llegar a producirse un incremento de hasta 6dB. 42

43 Una Pantalla Acústica produce mejoras en frecuencias medias y agudas 43

44 Estructura constructiva de una pantalla acústica con material absorbente y cubierta protectora ENCAPSULAMIENTO DE LA FUENTE Pasemos ahora a las técnicas de encapsulamiento de la fuente. Este tipo de soluciones está muy difundido, y abarca desde pequeñas cubiertas para un dispositivo de reducido porte hasta la construcción de grandes recintos de mampostería con aberturas de ingreso, conductos de ventilación, etc., para alojar una máquina o todo un proceso industrial. El encapsulamiento se basa en dos principios: la desvinculación acústica (y posiblemente vibratoria) entre la fuente y el receptor por medio de una cubierta aislante, y la disipación de energía sonora con elementos absorbentes de alto rendimiento 44

45 ubicados principalmente en las proximidades de la fuente, donde el campo sonoro es más intenso, y por consiguiente, la disipación mayor. Existe, sin embargo, una diferencia significativa. Mientras que al encapsular la fuente es posible en buena medida controlar la energía sonora que irradia la fuente fuera del cerramiento, y por lo tanto se beneficia todo el ambiente acústico que rodea a la fuente encapsulada, al encapsular el receptor sólo se beneficia el ambiente receptor. Además deben preverse sistemas de ventilación o aire acondicionado, dado que para que el encapsulamiento sea efectivo es necesario minimizar todo contacto directo del cerramiento con el resto. El encapsulamiento con materiales livianos y porosos produce muy poca reducción. 45

46 CONTROL DE RUIDO EN LA FUENTE EMISORA. Los problemas de ruido son motivados por un excesivo nivel de presión sonora (SPL), en un ancho de banda determinado. Estos dos parámetros, variando o disminuyendo uno de las dos variables puede resolverse la situación indeseada. - Ruido de impacto - Ruidos de flotamiento - Ruidos de flujo - ruidos producidos por fuerzas mecánicas. Los ruidos de impactos. Alta intensidad, los cuerpos impactados vibran, hay una gran cantidad de energía en el impacto. Los procedimientos de control de este tipo de ruido se basan en aumentar las superficies del impacto. Los ruidos de flotamiento. Se producen como consecuencia de la interacción de superficies un poco lisas. La calidad del pulido, además, los lubricantes utilizados. Los ruidos de flujo producidos por gases, vapores, líquidos en conductos. Control, consiste en utilizar silenciadores en admisiones y salidas de fluidos, limitar las velocidades en los conductos y tuberías, evitar cambios en dirección y de velocidad. Ruidos producidos por prensas mecánicas o magnéticas alternantes, conseguir que los movimientos de la mas dinámicamente equilibrados, sean lo mas uniformes posibles y establecer un periodo y constante mantenimiento preventivo. 46

47 Interponer una pantalla o barrera entre el foco de emisión y el elemento receptor de uno de los sistemas básicos de control de ruido. Dos campos de aplicación, el control de ruidos de equipos y el trafico urbano Consiste las barreras acústicas. Medio solidó interpuesto entre el foco de emisión y el elemento receptor. Misión, evitar que las ondas sonoras directas afecten al receptor. Reflejando gran parte de la energía que le incide, absorbiendo una fracción y difractando el resto. La atenuación sonora depende: Dimensiones de la barrera Situación relativa receptor-emisor Espectro sonoro del ruido Material de construcción de la barrera Características acústicas del lugar donde se instala Otra razón la constituye el potencial conflicto que augura para el responsable de las emisiones de ruido el no dar solución a este problema, conflicto que se puede abarcar todo el espectro desde el rechazo a un producto hasta acciones legales. Lamentablemente, el enfoque que en nuestro medio se le suele dar al problema del ruido contrasta con esta necesidad, muchas veces por franco desconocimiento de las técnicas apropiadas para el control de ruido en la fuente, el medio y el receptor. Esto conduce a que se desperdicien recursos al tener que introducir modificaciones a posterior de la finalización del proyecto para corregir los problemas de ruido. 47

48 El nivel de presión sonora db es un parametrote gran utilidad que permite describir las ondas sonoras de una forma cuantitativa. Sin embargo, para describir las características del ruido emitido por una maquina, no es el parámetro más adecuado, ya que varia con la distancia entre la fuente y el observador, así como el entorno en el que se realizan las medidas. Maquina o fuente de ruido sin tratamiento acústico y su espectro de ruido. El montaje de una maquina sobre goma o resortes reduce los ruidos en bajas frecuencias. 48

49 El agregar absorción sonora en el interior de un encerramiento reduce aun más la reducción de Ruidos. Esta es la solución más empleada en Control de Ruido. Una solución para superar grandes niveles de ruido es el doble encerramiento. 49

50 CONTROL DE RUIDO EN EL MEDIO DE PROPAGACIÓN El nivel de ruido en un recinto cerrado, se ve fuertemente incrementado por las múltiples reflexiones que se producen a través de muros, piso y cubiertas del recinto. Este aumento es evitable construyendo naves con muros y cubiertas que tengan un adecuado nivel de absorción sonora. 50

51 Una forma práctica de incorporar una gran cantidad de materiales a la sala es el uso de los baffles, los cuales consisten en elementos que cuelgan de las estructuras de cubierta, siendo sus principales características: bajo peso, permitir el paso de la luz y aire, y debido a su ubicación, presentan un menor deterioro físico. Otra forma de reducir la propagación del ruido, es mediante el uso de barreras (véase en la figura anterior) o pantallas acústicas, las cuales solo son eficaces en la medida que se hayan controlado las reflexiones. MEDIDAS PRÁCTICAS PARA UN ENCERRAMIENTO Esta es la solución más eficaz para controlar una fuente emisora de ruido. El primer paso es conocer cual es la cantidad de ruido que deseamos reducir. Conocido este valor, se debe seleccionar un panel tanto de muro como de cubierta, que tenga una aislación superior al valor que deseamos reducir. Para esto, será necesario 51

52 el uso de un panel compuesto de manera de no incrementar el nivel de ruido al interior del recinto. De igual forma, elementos como puertas y ventanas, se deberán seleccionar o especificar con igual los paneles compuestos. Para la ventilación de estos recintos, se suelen usar elementos silenciadores, los cuales, al igual que todos los elementos del recinto, deben tener una perdida de inserción similar al valor inicial utilizado para el proyecto. En este ultimo elemento, se debe especificar el área libre de estos en función de las necesidades de ventilación de la sala, tanto para su inyección como para la extracción de aire. 52

53 MATERIAL ACÚSTICO Para poder ser un material acústico debe tener las siguientes características: 1.- ser poroso 2.- ser estructuralmente flexibles 3.- resistente al flujo especifico de una señal aérea Al incidir el sonido sobre las superficies rígidas (paredes o techo) se originan reflexiones, creando de esta manera dos zonas definidas del campo acústico, una zona de campo libre que es determinado por la energía sonora directa radiada por la fuente y un campo reverberante determinado por el sonido directo y las sucesivas reflexiones. Los materiales acústicos (espumas sintéticas, polieter o poliéster), tienen la particularidad de generar energía cinética y calorífica, a partir de la energía sonora debido a que esta comprime su superficie y trabaja como si fuera un resorte. En todos los materiales que ofrecen un aspecto poroso, cuando incide una onda sonora, ésta tratará de penetrar el material por entre sus intersticios de manera tal, que el movimiento molecular que constituye la energía sonora incidente, hará mover las paredes de los poros, transformando parte de la energía sonora en energía cinética. A su vez el aire existente dentro de los poros también será obligado a moverse, produciéndose otro gasto de energía que se transformará en energía calorífica. 53

54 Decorativos y funcionales con elevadas prestaciones de fono-absorción. Reducen las reflexiones del sonido (ecos) y mejoran los tiempos de reverberación del local, consiguiendo adaptar la acústica de la sala según las necesidades. Características técnicas: Densidad: 20 kg/m³ Formato: Conos Dimensiones: 500 mm x 500 mm o 1000 mm x 500 mm Color base: gris perla Espesores: Modelo Espesor St AI25 25 mm St AI35 35 mm St AI50 50 mm St AI75 75 mm 54

55 CAPITULO IV CONTROL DE VIBRACIONES La vibración es el término usado para describir la alteración del movimiento de un cuerpo con respecto a un punto de referencia. El movimiento puede ser armónico simple como el de un péndulo, o puede ser complejo como un paseo en un parque de atracciones. El movimiento puede implicar las partículas de aire minúsculas que producen el sonido cuando el índice de la vibración está en el rango de frecuencia audible ( Hz). VIBRACIÓN ESTABLE Y TRANSITORIA Un sistema mecánico oscilará (vibrará) si se mueve de su posición de descanso y luego se deja libre. El tiempo en segundos que tarda el sistema en realizar una oscilación completa se define como su período. El número de veces que el sistema hace una oscilación completa en un segundo se denomina frecuencia de vibración; se expresa en hertz (Hz), o ciclos por segundo. La frecuencia es la reciproca del período. El movimiento en función del tiempo de cualquier punto particular de un sistema lineal vibrante viene dado por la ecuación (1): X = X 0sen(2πft) (1) Donde X 0 es la amplitud del desplazamiento del movimiento, f es la frecuencia de la vibración en hertzios y t es el tiempo en segundos. La velocidad correspondiente y la aceleración son la primera y segunda derivada con respecto a t correspondiente a son: v = ( 2πft) X 0 cos(2πft) (2) a = ( 2πft) X 0sen(2πft) (3) 55

56 El desplazamiento x puede medirse en unidades de metros (m), v en metros por segundo (m/s) y a en metros por segundo al cuadrado (m/seg 2 ). Pero a menudo estas cantidades son tan pequeñas que se expresan en términos de milímetros (mm) o micrómetros (µm). Es habitual expresar la aceleración como un múltiplo de la aceleración de la gravedad, g (9.81 m/seg 2 ). El movimiento descrito por la ecuación (1) es sinusoidal y estable y no puede continuar a una amplitud constante a menos que la energía disipada por la fricción interna o amortiguamiento, o irradiada al aire como ruido, sea reemplazada continuamente. Las figuras siguientes muestran las curvas de amplitud en función del tiempo para vibración estable y vibración descendente de frecuencia única. La mayoría de los sistemas mecánicos vibran a más de una frecuencia, de ahí que el movimiento resultante sea más complejo a esto se le llama vibración transitoria. 56

57 Ejemplos típicos de vibraciones estables y transitorias. (a) vibración estable a una frecuencia única; (b) vibración transitoria amortiguada a una frecuencia única: (c) vibración irregular, transitoria no periódica. MATERIALES AMORTIGUADORES DE VIBRACIONES Los materiales amortiguadores no son otra cosa que materiales que absorban una amortiguación dicha amortiguación es una fuerza ejercida sobre un cuerpo, lo cual es no es otra cosa sino una energía, recordemos que la energía no se destruye solo se transforma, el propósito de estos materiales es absorber una energía que oscile o este vibrando, estos amortiguadores no suelen ser eficientes cuando las placas son de gran espesor un ejemplo, son las paredes de tabique, pero si en chapas metálicas, aclaremos que el limite de espesor va de los 5mm-6mm. 57

58 El análisis de placas metálicas obedece al sistema masa-resorte-rozamiento viscosidad Modelo masa-resorte-viscosidad de una fuerza ejercida sobre una placa que vibra con respecto a un sistema inercial. El diagrama de fuerzas se incluye a la derecha Si menor es el rozamiento, más potencia se absorbe, es importante recalcar que si la potencia absorbida es mayor, tendremos problemas ya que se convierte en sonido, y solo ulteriormente se termina convirtiéndose en calor. Por consiguiente es mejor aumentar el rozamiento. Los materiales para amortiguar vibraciones son gomas, cauchos, espumas de poliuretano, masillas etc. Los amortiguadores de vibraciones solo reducen las vibraciones provocadas por las fuentes, aunque su utilización no es la más efectiva o no es posible quedando la alternativa de aislamiento vibrante. AISLADORES DE VIBRACIONES Es una situación muy común a la anterior ya que se aplica en maquinas rotativas o de impacto, son esfuerzos sobre una superficie en la cual se encuentra montada que la hacen vibrar. 58

59 Estas vibraciones se generan y se transmiten fácilmente en una estructura del edificio, provocando emisión de sonido. Una maquina rotativa genera vibraciones mecánicas que se transmiten a la estructura. El problema a resolver es que dichas vibraciones no se transmitan en la estructura (paredes, piso, etc.) La máquina rotativa genera vibraciones mecánicas que se transmiten en la estructura. AISLAMIENTO DE VIBRACIONES La función primordial de un aislador es la de separar la fuente de vibración de una superficie (pared, piso, etc.) se logra por medio de un apoyo elástico, un ejemplo es un resorte. Debido a que la máquina que genera vibraciones desplaza, dichos desplazamientos son oscilatorios, el dispositivo experimentara aceleraciones. La fuerza total quedara aplicada directamente al apoyo (resorte). 59

60 (a) Un dispositivo de masa apoyado directamente al suelo, al ser sometido a un esfuerzo vibratorio. (b) El mismo dispositivo aislado mediante una suspensión elástica, transmitiendo al suelo únicamente un esfuerzo elástico. AISLADORES AMORTIGUADOS En algunos de los casos es necesario acotar la amplitud de la maquina el agregado de un amortiguador de tipo viscoso (vea en la figura siguiente) es un recurso efectivo para ello, aunque empeora el coeficiente de transmisión de fuerza en alta frecuencia por dos razones: 1) La amplitud de vibración se reduce con lo cual, el efecto de absorción de fuerza por la inercia es menor. 2) Aparece la fuerza de amortiguación, que a diferencia de la fuerza de inercia, se transmite al piso. 60

61 Un aislador con amortiguamiento. Se indica el diagrama de fuerzas sobre el piso BASES INERCIALES Las bases iniciales son soportes rígidos masivos, que se encuentra también aislado de la estructura de un edificio, esta rígido bajo el mismo principió que los demás un sistema masa-resorte Máquina rotativa sobre una base inercial. La cruz indica la posición final del centro de gravedad (C.G.) del conjunto. 61

62 Algunas de las causas o situaciones por la cual acudimos a este tipo de montaje son las siguientes situaciones: a) Cuado la frecuencia natural se requiere para cumplir un requisito de transmisión de fuerza es demasiado baja. 1) La amplitud de las vibraciones sería también grande, lo cual en muchos casos no es compatible con el funcionamiento de la máquina. 2) Al ser el aislador tan blando, sería sensible a las vibraciones laterales, provocando una inestabilidad del montaje. b) Cuando en el centro de la masa esta muy por encima de los aisladores (resortes). En este caso cabe esperar inestabilidad del montaje, pero puede corregirse colocando bases masivas ya que estableceríamos otro centro de gravedad y este desciende, este deberá estar en un plano que corte a los aisladores una sugerencia es que la distancia vertical entre el centro de gravedad y los apoyos sea menor que 1/3 de la distancia entre apoyos sucesivos ver figura 62

63 La base inercial ha sido conformada de tal modo que el centro de masa quede próximo a la línea de apoyo sobre los aisladores. c) Cuando la máquina requiere de una base rígida, algunas máquinas son demasiado frágiles carecen de rigidez estructural y por lo tanto deben estar amuradas a una base rígida, el apoyo directo sobre los aisladores provocaría deformaciones inesperables de la maquinaria dado que no todos los aisladores vibrarían con la misma fase. IMPORTANCIA DE LAS CAÑERÍAS DE CONEXIÓN En muchas máquinas existen conexiones semirrígidas con la estructura mediante cañerías que llevan o traen líquidos, gases o electricidad. Dichos caños constituyen sistemas mecánicos cuya constante elástica puede ser varias veces superior a la de los aisladores. Modelo de un dispositivo de aislamiento elástica (Ka) conectado a la estructura por medio de caños semirrígidos (Kc). 63

64 CAPITULO V AISLACIÓN ACUSTICA Aislar acústicamente un recinto significa impedir que los sonidos generados dentro del mismo trasciendan hacia el exterior y, recíprocamente, que los ruidos externos se perciban desde su interior. La aislación acústica (o aislación sonora) es muy importante en todo lo que tenga que ver con sonido profesional. Si el recinto es una sala de concierto o de espectáculos en la cual se ejecuta música a alto nivel sonoro, es preciso evitar que los sonidos trasciendan convirtiéndose en ruidos molestos al vecindario. Si se trata de una sala de grabación o un estudio radiofónico, cualquier ruido proveniente del exterior contaminará el sonido que se desea difundir o grabar, en desmedro de su calidad, lo cual también debe evitarse. La aislación sonora se logra interponiendo una pared o tabique entre la fuente sonora y el receptor. La aislación es tanto mayor cuanto mayor sea la densidad superficial (kg/m2) de la pared y cuanto mayor sea la frecuencia del sonido. Esta es la razón por la cual las paredes gruesas (y por lo tanto pesadas) ofrecen mayor aislación que las delgadas. Un análisis más detallado indica que es posible obtener una mayor aislación acústica por medio de paredes dobles o más generalmente, múltiples. En otras palabras, dada una cantidad de material (por ejemplo 20 cm de espesor de hormigón) podemos sacarle mayor provecho si lo dividimos en dos partes (en este caso dos paredes de 10 cm cada una) y lo separamos con un espacio de aire. Si el espacio de aire se rellena con algún material absorbente (típicamente, lana de vidrio), el resultado es una aislación todavía mayor. 64

65 Este tipo de estructura se utiliza mucho con placas de roca de yeso (Durlock, Placo, Pladur). Estas placas están formadas por yeso recubierto a ambos lados por celulosa (cartón). El espesor es, normalmente, unos 12 mm, y se suelen usar de a 2 separadas 50, 70 ó 90 mm mediante perfiles de chapa. El espacio entre ambas placas se rellena con lana de vidrio. La aislación que se logra es sorprendente para el espesor y el peso total. Se puede obtener mayor aislación aún utilizando dos placas de roca de yeso de cada lado, y montándolas sobre perfiles independientes para evitar las conexiones rígidas propensas a transmitir las vibraciones (a) Vista superior en corte de un montaje de placas de roca de yeso con estructura formada por perfiles de chapa. (b) Estructura alternada sin conexión rígida. Notar la diferencia de espesores a uno y otro lado de la pared. También se utiliza el concepto de tabique doble para construir ventanas de gran aislación sonora, como las peceras que separan la sala de control de la sala de 65

66 grabación de los estudios. En este caso se utilizan dos hojas de vidrio grueso de distintos espesores (por ejemplo 6 mm y 8 mm), fijados al marco mediante masillas no endurecibles de silicona. En los bordes interiores (en forma más o menos oculta) se coloca material absorbente, como lana de vidrio o espuma de poliuretano. Para evitar que por diferencias de temperatura se produzcan condensaciones por dentro, lo cual empañaría los vidrios, se colocan gránulos de sílica gel, un poderoso deshumectante. En la figura se muestra la estructura de una ventana de este tipo. Corte según un plano horizontal de una ventana de doble vidrio. Obsérvese el diferente espesor de los vidrios. TRANSMISIÓN POR FLANCOS La transmisión por flancos consiste en el sonido que pasa de un lado al otro de un tabique pero no a través del tabique mismo. Dos ejemplos típicos son las rendijas en las aberturas y la transmisión a través de un cielorraso. 66

67 Si se tiene una estimación aceptable de la pérdida de transmisión de un tabique, puede determinarse con facilidad la presencia de transmisión por flancos, ya que los niveles medidos serán mayores a los esperados. Es importante detectar las fugas por los flancos ya que de lo contrario puede caerse fácilmente en el error de procurar aumentar la pérdida de transmisión del tabique, lo cual dará resultados pobres o mucho menos significativos de lo esperado. Es difícil en realidad predecir o calcular los efectos de la transmisión por flancos. El enfoque es más bien cualitativo, buscando localizar la vía de transmisión parásita para luego intentar neutralizarla. PÉRDIDA DE TRANSMISÓN (PT) Para catalogar la aislación sonora de diferentes materiales y estructuras se usan dos parámetros: la pérdida de transmisión, PT, y la clase de transmisión sonora, STC (Estados Unidos), o el índice de reducción acústica, RW (Europa y Argentina). La pérdida de transmisión, PT, es un parámetro expresado en db que depende de la frecuencia e indica en cuánto se atenúa la energía sonora incidente al atravesar el tabique. Así, una pérdida de transmisión de 40 db significa que la energía sonora que pasa al otro lado es 40 db menor que la incidente. Obsérvese que se está hablando de la energía sonora, que no es lo mismo que la presión sonora. Si un tabique tiene PT = 40 db, y del lado de la fuente hay un nivel de presión sonora de 90 db, no es válido afirmar que del otro lado hay 90 db - 40 db, es decir 50 db. Puede haber menos o más de 50 db, según las circunstancias. 67

68 Por ejemplo, si el lado receptor es muy reverberante, habrá más de 50 db; y si el tabique es muy pequeño, por ejemplo una pequeña ventanilla en el medio de una pared muy gruesa, entonces del lado receptor habrá probablemente menos de 50 db. Si bien el análisis detallado no es muy complejo, escapa al objeto de este libro. La clase de transmisión sonora (en inglés, sound transmission class), STC, es una especie de valor promedio de la pérdida de transmisión a varias frecuencias. Es un valor único que permite evaluar rápidamente la calidad de la aislación sonora que ofrece un tabique, especialmente en lo referido a la privacidad de la palabra. Así, un valor de STC inferior a 25 implica que la voz normal se entiende perfectamente, y un valor superior a 45 implica que la voz alta casi no se percibe. El índice de reducción sonora Rw es la versión europea, también usada en la Argentina (puede diferir hasta en 1 db). En la tabla que se muestra continuación se detallan los valores de PT a varias frecuencias y de STC, correspondientes a varios materiales y estructuras. Se han considerado los materiales y estructuras actuando en condiciones casi ideales. No se ha tenido en cuenta, por consiguiente, la denominada transmisión por flancos, es decir el sonido que se filtra a través de fisuras, intersticios o juntas mal selladas, o que se propaga por la estructura en forma de vibraciones, o que se transmite por tuberías de ventilación o aire acondicionado, o por los caños de distribución de energía eléctrica. En todo proyecto de aislación acústica deben tenerse en cuenta todos estos detalles, ya que de lo contrario se corre el riesgo de invertir grandes sumas de dinero sin lograr los resultados esperados. Es importante saber que el intersticio debajo de una puerta puede llegar a empeorar la atenuación de una pared en 20 db ó más. Pueden utilizarse 68

69 burletes perimetrales en las puertas y masilla con silicona (es decir, no endurecible) en toda fisura, grieta o junta. Pérdida de transmisión de diversos materiales en función de la frecuencia, y clase de transmisión sonora (según varias fuentes). 69

70 Esta tabla esta rígida por la norma DGN-C Determinación de la pérdida por transmisor y reducción de los materiales empleados para la construcción. La cual es una cámara reverberante, la cual esta conformada por un par de cámaras una receptora y una transmisora cada cámara tiene las mismas características físicas, estructuras, sistema de amortiguamiento y dimensiones. El procedimiento de perdida de transmisión de los materiales es relativamente sencillo, consiste en energetizar la cámara transmisora con ruido rosa de 100 db se hace pasar por el material y la cámara receptora registra la señal ruido que llego, posteriormente se hace una diferencia de niveles dicha diferencia es la cantidad de energía que aísla el material. 70

71 DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN Estudio de campo Actualmente el taller cuenta con unas pésimas condiciones para elaborar como se pueden dar cuneta en las fotos el piso es solo loseta las paredes son simples esto quiere decir que no cuenta con un tratamiento acústico. Pie Pedal del motor En la figura nos podemos darnos cuenta que hay dos pedales debajo del motor de la máquina el que citamos en primer termino es con el que debemos trabajar es el izquierdo el cual nos interesa debido, que al ponerlo en acción cerramos el circuito del motor, generando el ruido que debemos atacar, podemos decir con otras palabras que es el interruptor, mientras tanto el pedal de lado derecho no nos interesa ya que, al ponerlo en trabajo solo sirve para activar el pie de la aguja donde se meta la prenda. 71

72 Chicote Aquí mostramos el motor y el chicote que va al pedal izquierdo ya mencionado anteriormente, el motor tiene las dimensiones físicas 0.46m de largo por 0.24m de ancho todos los motores sin acepción trabajan bajo las mismas condiciones, aparte de tener las mismas dimensiones. 72

73 En esta figura que el suelo no cuenta con ningún material aislante para vibraciones nos damos cuenta que solo las terminales de las patas tienen material aislante, pero demasiadas gastadas, y el cuerpo de estas no, lo cual produce vibraciones en la superficie del suelo pudiendo provocar la fractura de esta, con el tiempo. 73

74 Observamos en la figura que no tiene la cabeza la máquina, se la tuvimos que quitar para poderlas sacar, y posteriormente llevarlas a pesar a una bascula, una por una, para obtener los pesos de cada máquina, todo esto con el fin de hacer nuestro estudio de masas el cual es indispensable para nuestro estudio técnico de vibraciones y así poder determinar la densidad de la solera de neopreno 74

75 Al igual que el suelo, el techo esta en pésimas condiciones con cables de fuera, lo cual nos puede provocar un corto eléctrico, debemos dar solución a este problema también, en el cuarto de almacenado y acabado las superficies de la estructura no cuenta con ningún tipo de material acústico, pero a comparación del taller no están molesto el ruido. 75

76 LEVANTAMIENTO TÉCNICO En este pequeño plano se muestra las dimensiones del taller mary y como se encuentran distribuidas las maquinas en los recuadros azules y las áreas colindantes 76

77 LEVANTAMIENTO TÉCNICO DE VIBRACIONES Son 14 máquinas de las cuales se encuentran en los pesos entre 60 y 84 kilogramos es de suma importancia conocer los pesos, para realizar un estudio de masas y posteriormente determinar el valor de la solera de neopreno pesos respectivos de cada máquina: 1 Collaretera 84 Kg. 1 Hojal 82 Kg. 1 Bastilladora 65 Kg. 2 Overlat 60 Kg. 1 Festonera 60 Kg. 8 Rectas 74 Kg. Los pesos son necesarios para comprar la solera de neopreno montárselo a las patas de las maquinas para aislar las vibraciones de la estructura. 77

78 ESTUDIO TÉCNICO DE RUIDO Se utilizo el sonómetro recomendado anteriormente de Brüel & Kjaer 2250 de acuerdo a sus caracteristicas y el calibrador 4231 Calibración del sonómetro fue en el mismo taller el 22 de octubre del 2007 a las 6:40 pm, su desviación de calibración es ± 0.01 db Se ocupo un cable extensor de micrófono y un triplíe se puso el micrófono del sonómetro igual que la separación entre máquina y persona a 0.30 m. 78

79 Se realizan 11 mediciones distintas debido a que la hora en las que fueron realizadas ya no estaban trabajando. La primera fue enfrente de la maquina y la segunda atrás donde obtuvimos un nivel máximo de ruido de 81.7 y el nivel mínimo de ruido fue de 67.3 para la collaretera. medición 1 db Hz 12.5H z 25Hz 50Hz 100Hz 200Hz 400Hz frecuencia 800Hz 1.6kHz 3.15kHz 6.3kHz 12.5kHz LZFmín LZSmín LZeq Espectro de frecuencias medición 1 79

80 medición 2 db Hz 12.5Hz 25Hz 50Hz 100Hz 200Hz 400Hz frecuencia 800Hz 1.6kHz 3.15kHz 6.3kHz 12.5kHz LZFmín LZSmín LZeq Espectro de frecuencias medición 2 80

81 La tercera medición fue solo el puro motor sin trabajar donde medimos el nivel de ruido continuo equivalente durante 5 minutos. medición 3 db Hz 12.5Hz 25Hz 50Hz 10 0Hz 200Hz 400Hz frecuencia 800Hz 1.6kHz 3.15kHz 6.3kHz 12.5kHz LZFmín LZSmín LZeq Espectro de frecuencias medición 3 81

82 La cuarta medición es el motor trabajando donde medimos también el nivel de ruido continuo equivalente durante 5 minutos. medición 4 db Hz 12.5Hz 25Hz 50Hz 100Hz 200Hz 400Hz frecuencia 800Hz 1.6kHz 3.15kHz 6.3kHz 12.5kHz LZFmín LZSmín LZeq Espectro de frecuencias medición 4 82

83 La quinta medición fue el puro motor sin trabajar de la máquina de hojal. medicion 5 db Hz 12.5Hz 25Hz 50Hz 100Hz 200Hz 400Hz frecuencia 800Hz 1.6kHz 3.15kHz 6.3kHz 12.5kHz LZFmín LZSmín LZeq Espectro de frecuencias medición 5 83

84 La sexta y séptima medición fue trabajando. En estas mediciones se obtiene el mayor nivel de ruido generado el cual es de 91.3 db, pero por un momento el nivel máximo de ruido es generado por un ruido de impacto generado entre el pedal de la aguja y la placa de la máquina. medición 6 db Hz 12.5Hz 25Hz 50Hz 100Hz 200Hz 400Hz 800Hz frecuencia 1.6kHz 3.15kHz 6.3kHz 12.5kHz LZFmín LZSmín LZeq Espectro de frecuencias medición 6 84

85 medición 7 db Hz 12.5Hz 25Hz 50Hz 100Hz 200Hz 400Hz frecuencia 800Hz 1.6kHz 3.15kHz 6.3kHz 12.5kHz LZFmín LZSmín LZeq Espectro de frecuencias medición 7 85

86 La octava fue la medición de la recta en el cual se midió 65 db sin trabajar y la novena fue esta misma pero trabajando 77dB medición 8 db Hz 12.5H z 25Hz 50Hz 100Hz 200Hz 400Hz frecuencia 800Hz 1.6kHz 3.15kHz 6.3kHz 12.5kHz LZFmín LZSmín LZeq Espectro de frecuencias medición 8 86

87 medición 9 db Hz 12.5Hz 25Hz 50Hz 100Hz 200Hz 400Hz frecuencia 800Hz 1.6kHz 3.15kHz 6.3kHz 12.5kHz Serie1 Serie2 Serie3 Espectro de frecuencias medición 9 87

88 Las mediciones diez y once fueron estas tres maquinas juntas en un punto intermedio. medición 10 db Hz 12.5Hz 25Hz 50Hz 100Hz 200Hz 400Hz frecuencia 800Hz 1.6kHz 3.15kHz 6.3kHz 12.5kHz LZFmín LZSmín LZeq Espectro de frecuencias medición 10 88

89 medición LZFmáx 80 LZSmáx db 60 LZFmín H z 25Hz 50Hz 100Hz 200Hz 400Hz frecuencias 800Hz 1.6kHz 3.15kHz 6.3kHz 12.5kHz A LZSmín LZeq Espectro de frecuencias medición 11 Las mediciones se realizaron en un ancho de banda AB=1/3 de octava de frecuencia 89

90 Después de haber realizo un estudio de ruido y vibraciones se proponen las soluciones mas factible, la cual es la de encapsular el motor se debe elegir el material de acuerdo a la tabla de pérdida de transmisión y reducción acústica, determinar el material con que se va realizar el encapsulado así como la propuesta de cuanto se quiere atenuar el ruido y posteriormente realizar el encapsulado. 90

91 ENCAPSULADO SIN FILTRO DE AIRE. 91

92 ENCAPSULADO CON FILTRO DE AIRE 92