MINISTERIO DE AMBIENTE Y DESARROLLO SOSTENIBLE

Transcripción

1 DOCUMENTO SOPORTE PROPUESTA NORMA TÉCNICA COLOMBIANA PARA MEDICIONES DEL NIVEL DE PRESIÓN SONORA EMITIDA POR VEHÍCULOS AUTOMOTORES EN ESTADO ESTACIONARIO EN RECINTOS CERRADOS Y EN VÍA. MINISTERIO DE AMBIENTE Y DESARROLLO SOSTENIBLE BOGOTÁ D.C., 2012

2 TABLA DE CONTENIDO 1. DESCRIPCIÓN DE LA PROBLEMÁTICA ANTECEDENTES NORMATIVOS ESPECIFICACIONES DEL MÉTODO DE ENSAYO DE REFERENCIA Instrumentación: Ambiente acústico, condiciones meteorológicas y ruido de fondo Condiciones meteorológicas Ruido de fondo: FUNDAMENTOS TÉCNICOS DEL MÉTODO PROPUESTO PARA LA REALIZACIÓN DE PRUEBAS DE EMISIÓN DE RUIDO DE VEHÍCULOS AUTOMOTORES EN CDA S Y EN VÍA Campo Sonoro en Estado Estacionario Densidad de energía directa de estado estacionario Densidad de energía reverberante de estado estacionario Densidad de energía total de estado estacionario Coeficiente de Absorción Medio Distancia Crítica y Zona de Campo Directo Determinación de las Características del Sitio para Mediciones en Recintos Cerrados Ruido de fondo Reverberación Selección del rango de absorción media adecuado Correcciones para mediciones en espacio cerrado Mediciones en vía PRUEBAS EN CAMPO... 27

3 5.1 Instrumentación Medidor de Presión Sonora Calibrador Anemómetro Lugar de ejecución Ambiente acústico Condiciones meteorológicas Ruido de fondo Colocación y preparación del equipo Posición del micrófono Velocidad objetivo del motor Procedimiento de la medición Cronograma de mediciones Resultados Análisis de resultados METODOLOGÍA PROPUESTA Instrumentación Ambiente Acústico Sitio de Prueba Espacio abierto (vía): Espacio cerrado: Ruido de fondo Procedimiento de Prueba Colocación y preparación del vehículo... 43

4 6.3.2 Posición del micrófono Velocidad objetivo del motor Condiciones operativas del motor Sistema de escape multimodal Mediciones y Resultados Correcciones para mediciones en espacio cerrado CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA... 52

5 LISTA DE TABLAS Tabla 1. Localización y condición de los lugares de medición Tabla 2. Promedios Tiempo de Reverberación por bandas Tabla 3. Coeficientes de absorción según tiempos de reverberación Tabla 4. Tipos y cantidad de automotores medidos Tabla 5. Resultados mediciones motos Tabla 6. Resultados mediciones motos

6 LISTA DE GRÁFICAS Gráfica 1. Reducción del nivel de presión con respecto a la distancia de la fuente Gráfica 2. Variación del ruido de fondo en un espacio abierto, y su relación con el ruido de interés Gráfica 3. Variación del ruido de fondo en un espacio cerrado, y su relación con el ruido de interés Gráfica 4. Variación del NPS en relación a la variación del factor de directividad (Q) Gráfica 5. Variación del NPS con relación al coeficiente de absorción medio ( ) Gráfica 6. Variación del NPS con relación a la distancia de la fuente para campo libre y tres valores de coeficientes de absorción media de un recinto dados Gráfica 7. Comparación de niveles entre una fuente al aire libre y un recinto con un coeficiente de absorción medio de 0.6, a una distancia de 3 metros Gráfica 8. Rango de absorción en donde la diferencia del NPS no supera los 4 db, definido como: 0.4 < < Gráfica 9. Temporalidad del nivel de sonoro medido como ruido de fondo Gráfica 10. Resultados de las mediciones en tres lugares con condiciones acústicas distintas

7 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Ubicación de variables y planteamiento del problema Figura 2. Puntos de referencia dependiendo del tubo de escape. Figura 3a. Posición del micrófono para motocicletas en recintos cerrados. Figura 3b. Posiciones de micrófono para vehículos en recintos cerrados Figura 3c. Posición del sonómetro cuando el tubo de escape no es accesible o está ubicado debajo de la carrocería del vehículo Figura 3d.Continua. Figura 4. Propuesta posición del vehículo y el micrófono Figura 5. Puntos de referencia dependiendo del tubo de escape. Figura 6. Posiciones de micrófono para motocicletas Figura 7. Posiciones de micrófono para vehículos Figura 8. Posiciones de micrófono para vehículos Figura 9. Posiciones de micrófono para vehículos

8 INTRODUCCIÓN El ruido es aquel sonido que por su nivel, naturaleza, carácter o cualidad o el tiempo en el cual se presenta es perjudicial (o probablemente perjudicial) o interfiere excesivamente con el confort o reposo de las personas. Entre los efectos adversos en la población expuesta se incluyen interrupción del sueño, interferencias al hablar, cefaleas entre otros. La exposición a largo plazo a altos niveles de ruido ambiental puede resultar también en hipoacusia. Alrededor del mundo, una de las principales fuentes de emisión de ruido es el tráfico rodado (generado por los motores, tubo de escape de gases, equipo auxiliar, la transmisión y por la interacción entre las ruedas y la superficie). Así, las investigaciones y políticas para la reducción del ruido se centran en el tráfico rodado, partiendo de ingeniería de diseño en vehículos, infraestructura vial, delimitación de zonas criticas, construcción de barreras acústicas, reorientación de tráfico, entre otros. Para efectos de la evaluación de cumplimiento de estándares, los vehículos son sometidos al ensayo dinámico (con el vehículo en movimiento), procedimiento que salvo algunas variaciones, se aplica en los países que fabrican vehículos automotores y que se realiza según la Norma ISO Measurement of noise emitted by accelerating road vehicles. El procedimiento se aplica para homologación de vehículos automotores. Para la determinación de la emisión de ruido de vehículos automotores en estado estacionario, la ISO 5130 Acoustics -- Measurements of sound pressure level emitted by stationary road vehicles, contiene los requisitos, especificaciones y procedimiento de medición. Este método, es utilizado en algunos países para el control de las emisiones de ruido de los vehículos en uso y está sujeto al cumplimiento de un nivel máximo permisible. En Colombia la Resolución 0627 de 2006 estableció la norma nacional de emisión de ruido y ruido ambiental fijando estándares para emisión de ruido de fuentes fijas y para ruido ambiental, este último definido como el aporte de ruido de diversas fuentes en un punto determinado. La medición del ruido ambiental, tiene como finalidad la elaboración de mapas de ruido los cuales reflejan las condiciones acústicas de un territorio y se constituyen en herramientas para el ordenamiento territorial y la toma de medidas para el control en zonas identificadas como críticas. Como resultado de los mapas de ruido realizados por las Autoridades Ambientales del país, se ha evidenciado que el tráfico vehicular es una de las fuentes más frecuentemente

9 presente en las zonas catalogadas como criticas por los niveles de ruido y una de las principales responsables de esta situación. En el país el método de control para la verificación del buen estado de funcionamiento de los vehículos, establecido según la Ley 769 de 2002 modificada por la Ley 1383 de 2010 y la Ley 1450 de 2011, es la revisión técnico mecánica y de emisiones contaminantes, la cual se efectúa en Centros de Diagnóstico Automotor - CDA. Actualmente, de acuerdo con cifras del Ministerio de Transporte, Colombia cuenta con 250 CDA s diseñados para la revisión de la conformidad de los vehículos en materia de estado de los frenos, luces, sincronización entre otros, los cuales se realizan de conformidad con los procedimientos técnicos adoptados por el comité técnico del ICONTEC y el Ministerio de Tránsito y Transporte. En este sentido, en materia específica de ruido, el ICONTEC adoptó la norma ISO 5130 a través de la NTC 4194 Acústica. Medición del Nivel de Presión Sonora Emitida por Vehículos Automotores en Estado Estacionario. Uno de los requisitos de la norma técnica para la realización de la prueba, se refiere al espacio libre de superficies reflectantes con el fin de garantizar la propagación uniforme del sonido emitido por el vehículo evitando así el efecto que sobre el registro de la medición tiene la reverberación. Esta condición, se ha constituido en una limitante para la realización de la prueba en los CDA s puesto que la mayor proporción de estos centros, no cuenta con el espacio requerido por la norma técnica. En consideración a esta situación, el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible realizó un estudio en el que incluyó una serie de pruebas para identificar y cuantificar las principales variables a controlar para desarrollar la prueba de ruido en condiciones de espacio diferentes a las especificadas por la norma técnica. A continuación se hará una breve descripción de los requerimientos del método de referencia, las modificaciones propuestas y los correspondientes resultados de las pruebas realizadas en campo.

10 1. DESCRIPCIÓN DE LA PROBLEMÁTICA El ruido emitido por vehículos automotores se ha convertido en una de las principales causas de los altos niveles de ruido ambiental identificados a través de los mapas de ruido ambiental realizados por las autoridades ambientales del país. En este sentido, es necesario establecer el mecanismo y desarrollar la infraestructura requerida para realizar el seguimiento y control a las emisiones de ruido vehicular con el fin de contribuir a la reducción de los niveles de ruido ambiental en el país. De otra parte, pese a los desarrollos normativos existentes lo relativo a la medición de ruido no ha sido un requerimiento objeto de verificación en los procesos de auditoría que se realizan a los cda s por parte de las autoridades correspondientes. Esta situación se ha fundamentado en la posición de los cda s con respecto a su imposibilidad para contar con la extensión de área requerida para la prueba de emisión de ruido establecida en la NTC Teniendo en cuenta lo anterior y dada la diversidad de características de las distribuciones del espacio de los cda s del país, teniendo como aspecto en común que la mayor parte de ellos no cumple con la condición requerida por el método de ensayo de referencia (NTC 4194), en relación con el espacio mínimo exigido para la realización de la prueba de ruido, el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible desarrolló un estudio con el propósito de determinar las condiciones en las cuales la prueba de ruido pueda ejecutarse en los centros que no cuentan con las especificaciones del ensayo en lo relacionado al espacio mínimo. Igualmente, de manera complementaria al control ejercido por la revisión técnico mecánica y de emisiones contaminantes se hace necesario que las autoridades ambientales cuenten con las herramientas para la verificación de la emisión de ruido de los vehículos automotores en los operativos en vía. 2. ANTECEDENTES NORMATIVOS El Código Nacional de Tránsito (Ley 769 de 2002 modificada por la Ley 1383 de 2010 y la Ley 1450 de 2011), el propietario o tenedor del vehículo de placas nacionales o extranjeras, que transite por el territorio nacional, tendrá la obligación de mantenerlo en óptimas condiciones mecánicas, ambientales y de seguridad.

11 Dispone adicionalmente el Código que La revisión técnico-mecánica y de emisiones contaminantes se realizará en centros de diagnóstico automotor, legalmente constituidos, que posean las condiciones que determinen los reglamentos emitidos por el Ministerio de Transporte y el Ministerio del Medio Ambiente en lo de sus competencias. El Ministerio de Transporte habilitará dichos centros, los cuales previamente deberán contar con reconocimiento en el Sistema Nacional de Normalización, Certificación y Metrología acreditándose como organismo de inspección ( ) En este sentido, la Resolución 3500 de 2005 los Ministerios de Transporte y Ambiente reglamentó lo relativo a las condiciones mínimas que deben cumplir los Centros de Diagnóstico Automotor para realizar las revisiones técnico-mecánica y de gases de los vehículos automotores que transiten por el territorio nacional. De otra parte, la Resolución 0627 de 2006 estableció en su artículo 10 que Para el establecimiento de los estándares máximos permisibles de emisión de ruido en automotores y motocicletas, los Centros de Diagnóstico Automotor, deben realizar las mediciones de ruido emitido por vehículos automotores y motocicletas en estado estacionario, de conformidad con lo consagrado en la Resolución 3500 de 2005 de los Ministerios de Transporte y de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, información que deben registrar y almacenar en forma sistematizada.( ) En lo que se refiere al procedimiento para la realización de la prueba, así como las especificaciones y condiciones del ensayo, en el 2005 el Comité Técnico del Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación ICONTEC adoptó la NTC 4194 Acústica. Medición del Nivel de Presión Sonora Emitida por Vehículos Automotores en Estado Estacionario la cual es idéntica por traducción a la norma ISO 5130 Acoustics. Measurements of Sound Pressure Levels Emitted by Stationary Road Vehicles. 3. ESPECIFICACIONES DEL MÉTODO DE ENSAYO DE REFERENCIA. Con el fin de recordar las especificaciones del método de ensayo de referencia, a continuación se hace una descripción general de las mismas, las cuales están contenidas en la NTC Instrumentación: El sonómetro o el sistema equivalente de medición incluida la pantalla de viento recomendada por el fabricante deben cumplir con las especificaciones del Tipo 1 de acuerdo con la IEC

12 El calibrador del equipo debe cumplir con los requerimientos de los calibradores Tipo 1de acuerdo con la IEC El sonómetro o el sistema equivalente como el calibrador deben cumplir con el requisito de calibración. Para el caso sonómetro o sistema equivalente la calibración debe certificarse cada veinticuatro meses y para el calibrador cada doce meses. Para la medición de la velocidad rotacional del motor (rpm) se requiere un instrumento que cumpla los límites de la especificación de mínimo +2% o superior a las velocidades del motor requeridas para la prueba. 3.2 Ambiente acústico, condiciones meteorológicas y ruido de fondo Superficie en concreto, asfalto denso o material similar libre de nieve, grasa, tierra suelta, cenizas u otro tipo de material absorbente. Debe realizarse en espacio abierto libre de superficies reflectantes como vehículos parqueados, edificios, vallas, árboles, matorrales, paredes paralelas, personas, etc., con un radio mínimo de 3 metros de la localización del micrófono y cualquier punto del vehículo Condiciones meteorológicas Velocidad del viento: menor a 5m/s, durante la medición Ruido de fondo: Por lo menos 10dB(A) por debajo del nivel a ser medido. Se puede utilizar una pantalla para viento siempre y cuando se considere su efecto en la medición. Como se puede observar, entre las condiciones de la norma técnica se tiene que para la realización del ensayo es necesario un espacio de mínimo 3 metros de radio alrededor del vehículo y el micrófono, libre de cualquier superficie reflectante. Esta se constituye en una especificación crítica para los centros de diagnóstico automotor en el país dado que en pocos casos se cuenta con el espacio necesario. En este sentido, y considerando la evidente problemática por ruido existente y por ende la necesidad de

13 reforzar el componente de seguimiento y control a las emisiones de las fuentes móviles, el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, con el apoyo de las Secretarías de Ambiente y Movilidad, Policía Nacional, ANDI, ASO CDA e IVESUR, desarrolló una propuesta con el propósito de realizar el control y seguimiento a las emisiones de ruido de los vehículos garantizando que las mediciones ejecutadas en centros de diagnóstico automotor correspondan a la emisión real del vehículo. De acuerdo con lo anterior, a continuación se presentan las especificaciones de la propuesta para la realización de las pruebas de ruido en vehículos en centros de diagnóstico que no cuenten con las áreas establecidas en la NTC 4194 así como en vía. 4. FUNDAMENTOS TÉCNICOS DEL MÉTODO PROPUESTO PARA LA REALIZACIÓN DE PRUEBAS DE EMISIÓN DE RUIDO DE VEHÍCULOS AUTOMOTORES EN CDA S Y EN VÍA. Como se mencionó anteriormente, la condición más crítica a controlar para la realización de la prueba de ruido en cda s es el espacio, la propuesta hecha por el Ministerio retoma el procedimiento y especificaciones del método establecido en la NTC 4194 e incluye las consideraciones mínimas que deben cumplir los cda s que no cuenten con el área definida por la citada norma. A continuación se presentan los fundamentos teóricos que soportan la propuesta. Las variables que tienen mayor influencia en la variación de los niveles de presión sonora en un espacio cerrado son: la distancia crítica (a qué distancia de la fuente se deja de percibir como si estuviera en un espacio abierto), el coeficiente medio de absorción, el tiempo de reverberación (dependiente del coeficiente de absorción medio) y la constante propia del recinto (dependiente del tiempo de reverberación). Los valores ideales para cada una de estas variables dependen del uso que se le vaya a dar al recinto. A continuación se da una breve explicación del origen de estas variables, y su aplicación específica al tema en cuestión. 4.1 Campo Sonoro en Estado Estacionario Densidad de energía directa de estado estacionario Se llama sonido directo al frente de onda que proviene directamente de la fuente. Se denomina densidad de energía directa a la densidad de energía de este frente de onda

14 Determinación de la ecuación para la densidad de la energía directa D 0 Figura 1. Ubicación de variables y planteamiento del problema Si se tiene una fuente de sonido ubicada en el punto (0, 0, 0) del sistema de coordenadas, se puede decir que la energía que se encuentra entre la superficie de una esfera de radio r y la superficie de una esfera de radio r + r es: W r E c (3.1) Donde W = potencia de la fuente c = velocidad del sonido El volumen del cascaron esférico donde está contenida la energía de la ecuación (3.1) está dado por: V 4 ( r r) r 3 3

15 Es decir V ( r r r r ) r (3.2) Si r es pequeño entonces la densidad de energía directa está dada aproximadamente por la división de la ecuación (3.1) por la ecuación (3.2), es decir: D 0 W c( r r r) (4 c r /3) (3.3) Si r 0, entonces se obtiene en forma exacta la densidad de energía a una distancia r de la fuente, luego, D 0 W 4 cr 2 (3.4) Ahora en forma general, si la fuente no es omnidireccional entonces se tiene: D 0 WQ 4 cr 2 (3.5) Donde Q = factor de directividad de la fuente en la dirección en la que se determina la densidad de energía.

16 4.1.2 Densidad de energía reverberante de estado estacionario Determinación de una ecuación para le densidad de energía reverberante D R La potencia acústica absorbida por las paredes de un local cerrado está dada por: DcA W A 4 (3.6) Donde A = absorción de la sala Y D = D 0 + D R (3.7) Al introducir la ecuación (3.7) en la ecuación (3.6) se obtiene: W A D0cA DRcA 4 4 (3.8) D 0 ca La expresión 4 D R ca 4 corresponde a la potencia acústica absorbida del sonido directo, y a la potencia acústica absorbida del sonido reverberante. Entonces, como en el estado estacionario no hay una variación de la energía total en la sala, necesariamente la potencia entregada a la sala debe ser igual a la absorbida por la sala, es decir W = W A. Para que esto ocurra, necesariamente la potencia entregada al campo reverberante (W W ) debe ser igual a la potencia absorbida por el campo D R ca reverberante 4. De no ser así habría una aumento o una disminución de la energía en la sala, situación que contradice la suposición de estado estacionario. Luego DRcA W (1 ) 4 (3.9) Y por lo tanto

17 D 4W 1 R ca (3.10) La ecuación (3.10) se escribe usualmente como: 4W D R cr (3.11) Donde R = constante del local A S Densidad de energía total de estado estacionario Si se introduce la ecuación (3.4) y (3.11) en la ecuación (3.7) se obtiene la ecuación para la densidad de energía total de estado estacionario a una distancia r de la fuente sonora, es decir: W Q 4 D 2 c 4 r R (3.12) Muchas veces interesa calcular el nivel de presión sonora a una distancia r de una fuente, con la ecuación D p 3 2 c (por medio de la que se estudia el campo sonoro) donde p = magnitud de la presión sonora eficaz promediada a la vez en el tiempo y el espacio, y = densidad del aire Y reemplazando en la ecuación (3.12) se obtiene

18 p Q W c 4 r 2 4 R (3.13) Y expresada en términos de presión sonora, con la presión una presión de referencia de 0,00002 N/m 2. Se obtiene: Q NPS 10logW 10log c 94 10log 2 4 r 4 R (3.14) Gráfica 1. Reducción del nivel de presión con respecto a la distancia de la fuente Fuente. Diseño acústico de espacios arquitectónicos de Antoni Carrión Isbert 1998 ediciones UPC pg 63. El gráfica 1 muestra el nivel de presión relativo en función de la distancia dada por la ecuación (3.14) para una sala reverberante, semi-reverberante y seca. Entiéndase por sala viva, una sala con un bajo coeficiente de absorción medio, y sala seca una sala con un alto coeficiente de absorción media 4.2 Coeficiente de Absorción Medio El coeficiente de absorción está definido por:

19 = Energía absorbida / Energía incidente Sus valores están comprendidos entre 0 y 1, donde 0 corresponde a un material totalmente reflejante y 1 a la total absorción. El valor de esta directamente relacionado con las propiedades físicas del material y varía con la frecuencia. Al multiplicar el coeficiente de absorción de un material con su superficie (S), se obtiene la absorción (A). Debido a que un recinto está compuesto por distintas superficies recubiertas de materiales diversos, se define la absorción total A tot como la suma de cada una de las absorciones individuales A tot = 1 S S n S n A partir de A tot es posible calcular el coeficiente medio de absorción, dividiendo la absorción total (A tot ) por la superficie total del recinto S t (3.15) Dónde: S t = S t + S t + + S t = superficie total del recinto (paredes + techo + suelo 4.3 Distancia Crítica y Zona de Campo Directo Dentro de cualquier recinto, existe una zona alrededor de la fuente en donde el receptor la percibe como si se encontrara al aire libre, esto es posible gracias a que en la cercanía de la fuente, predomina el sonido directo proveniente de esta, sin tener en cuenta las reflexiones de las superficies. Esta zona se denomina zona de campo directo, y se puede determinar hallando la distancia crítica (D c )

20 db D c QR (3.16) En donde Q = Factor de directividad de la fuente sonora en la dirección considerada R = Constante de la sala = S t 1 = coeficiente de absorción medio del recinto S t = superficie total del recinto A medida que el coeficiente de absorción medio sea mayor, aumentara la distancia crítica, y se tendrá una mayor zona efectiva de medición. 4.4 Determinación de las Características del Sitio para Mediciones en Recintos Cerrados Ruido de fondo En contraste con mediciones realizadas al aire libre, el ruido de fondo en un espacio cerrado es menos fluctuante, lo que representa una ventaja, ya que se puede tener una referencia más acertada de su nivel, como se muestra a continuación: 100 Variación del Nivel en la fuente Tiempo (Seg) Pito vehiculo 1 en campo abierto a 7 metros

21 db Gráfica 2. Variación del ruido de fondo en un espacio abierto, y su relación con el ruido de interés 100 Variación del Nivel en la fuente en sitio cerrado Tiempo (Seg) pito vehiculo 1 a 7 metros Gráfica 3. Variación del ruido de fondo en un espacio cerrado, y su relación con el ruido de interés Como se puede observar en ambas situaciones, el NPS generado por la fuente de interés, no se encuentra presente durante toda la medición, por lo que se propone un software especializado para el análisis. Este software debe permitir seleccionar el tiempo en el cual dicha fuente genera y realizar cálculos sobre este. También debe proporcionar datos de Lp y Leq en ponderación A y Fast en tiempo real, con un tiempo base de 30ms, debe tener un rango dinámico de 120 db sin selección de segmento Reverberación Según la ecuación (3.16) las variables dependientes del recinto, que van a afectar el nivel de presión sonora registrado dentro del mismo son: la distancia a la fuente, el factor de directividad de la fuente (Q) y la constante de la sala, esta ultima depende específicamente de el coeficiente de absorción medio ( ). La potencia es una característica propia de la fuente y no varía sin importar el sitio en que se mida. En las siguientes gráficas se evalúa el comportamiento dependiendo de diferentes variables: a) En relación a la variación del factor de directividad (Q), para tres valores dados de coeficiente de absorción medio ( ): 0.1, 0.7 y 0.95.

22 db Variación del NPS en relación a la variación del factor de directividad Q Q Alfa 0.7 Alfa 0.95 Alfa 0.1 Gráfica 4. Variación del NPS en relación a la variación del factor de directividad (Q) Como se puede ver en la gráfica, el nivel de presión sonora (NPS) no varía significativamente con un valor bajo de coeficiente de absorción medio, al variar el factor de directividad, por lo cual las mediciones en sitios cerrados no estarían influenciadas por esta variable, lo que imposibilitaría su comparabilidad con mediciones realizadas en sitios abiertos. Es por esto que el coeficiente de absorción debe ser alto. b) En relación con el coeficiente de absorción medio ( ), para tres valores dados de directividad de la fuente (Q): 0.2, 0.8 y 1

23 db 112 Variación del NPS con relación al coeficiente de absorción del local Alfa medio Q 0.8 Q 1 Q 0.2 Gráfica 5. Variación del NPS con relación al coeficiente de absorción medio ( ) El nivel de presión sonora para fuentes con diferentes factores de directividad se mantiene similar para casi todo el rango de absorción. Sin embargo con altos valores de aunque se presentan diferencias, estas solo son significativas para fuentes altamente direccionales, lo cual no va a afectar considerablemente las mediciones de vehículos, ya estos tienen una forma de irradiar sonido mucho más homogénea. c) En función de la distancia a la fuente, para cuatro valores de coeficiente de absorción medio ( ): 0.1, 0.6, 0.95 y en campo libre ( =1).

24 db 112 Variación del NPS en funcion de la distancia a la fuente METROS alfa 0.6 Alfa 0.1 alfa 0.95 campo libre Gráfica 6. Variación del NPS con relación a la distancia de la fuente para campo libre y tres valores de coeficientes de absorción media de un recinto dados La diferencia del nivel de presión sonora registrado a distancias menores de 1.5 y coeficientes de absorción menores a 0.6 es despreciable. Teniendo en cuenta que las mediciones se hacen a 0.5 m, se deben tener coeficientes de absorción altos para que los resultados sean comparables con los obtenidos en campo abierto. De las gráficas se puede concluir que las variables con mayor incidencia en el valor de presión sonora en un sitio cerrado, son: la absorción media ( ) y la distancia a la fuente Selección del rango de absorción media adecuado Tomando la distancia constante a 3 metros, se busca un valor medio de absorción para un recinto, en donde la diferencia en relación con una fuente al aire libre no sea mayor a 2 db. Con el fin de obtener datos aproximados a mediciones en el exterior. El valor de absorción de 0.6 cumple con dicho requisito (ver gráfica 7). A continuación se escoge un rango de absorción en donde el NPS no varíe más de 4 db, sin embargo, se deben aplicar correcciones a los resultados obtenidos dependiendo del

25 db valor de la absorción media. Debido al aporte que las condiciones del recinto hacen a las mediciones (ver gráfica 6) Variación del NPS en funcion de la distancia a la fuente 0,6 1 1,4 1,8 2,2 2,6 3 3,4 3,8 4,2 4,6 5 5,4 5,8 6,2 6,6 7 7,4 7,8 8,2 8,6 9 METROS alfa 0.6 Alfa 0.1 alfa 0.95 campo libre Gráfica 7. Comparación de niveles entre una fuente al aire libre y un recinto con un coeficiente de absorción medio de 0.6, a una distancia de 3 metros. El valor de coeficiente de absorción medio de 0.6 para un recinto, cumple con la condición de no presentar una diferencia mayor a 2 db con respecto a un espacio al aire libre.

26 db 112 Variación del NPS con relación al coeficiente de absorción del local ,01 0,05 0,09 0,13 0,17 0,21 0,25 0,29 0,33 0,37 0,41 0,45 0,49 0,53 0,57 0,61 0,65 0,69 0,73 0,77 0,81 0,85 0,89 0,93 0,97 Alfa medio Q 0.8 Q 1 Q 0.2 Gráfica 8. Rango de absorción en donde la diferencia del NPS no supera los 4 db, definido como: 0.4 < < 0.7 De acuerdo con lo anterior se tiene que los requisitos para el control de la reverberación en el recinto cerrado son: - El coeficiente de absorción medio de la sala debe estar entre 0.4 y 0.7 en el rango de 250 Hz a 5000 Hz. - El coeficiente de absorción medio de la sala debe ser mayor a 0.3 en 125 Hz - El coeficiente de absorción promedio en todas las bandas debe ser mayor a Ninguna de las paredes cercanas al vehículo (1.5 metros) deberá tener un coeficiente de absorción sonora menor a 0.4 en frecuencias superiores a 250 Hz y 0.3 en frecuencias superiores a 125 Hz Nota: el procedimiento para la verificación de los requisitos del coeficiente de absorción debe ser establecido en la NTC 5548 Acústica. Medición del Tiempo de Reverberación de Recintos con Referencia a Otros Parámetros Acústicos.

27 4.4.4 Correcciones para mediciones en espacio cerrado Las mediciones realizadas en espacios cerrados deberán tener las siguientes correcciones: - Si 0.6 < < 0.7 se resta 1 db - Si 0.5 < < 0.6 se restan 2 db - Si 0.4 < < 0.5 se restan 3 db - Siendo el coeficiente de absorción media del recinto. Las mediciones realizadas en espacios abiertos no requieren ningún tipo de corrección 4.5 Mediciones en vía Para la realización de mediciones en vía, las especificaciones de instrumentación, condiciones de superficie, meteorología, ruido de fondo son las mismas requeridas para las mediciones en cda s no obstante, respecto a la distancia a andenes de altura menor a 20 cm se propone su reducción de 3m a 1.5m esto, teniendo en cuenta que en la práctica puede resultar complejo cumplir con esta condición, establecida en el método de referencia y técnicamente soportado en que esta reducción de la distancia no afecta sustancialmente la medición como se muestra a continuación: Debido a que el nivel de las reflexiones generadas por un andén en la posición del micrófono van a estar muy por debajo del sonido directo generado por el vehículo y al rango de frecuencia de estas reflexiones, las mismas son despreciables (un andén de 20 centímetros generara reflexiones directas en frecuencias superiores a 1700 Hz que es el tamaño en el que la longitud de onda es menor a 20 cm) 5. PRUEBAS EN CAMPO Con base en los fundamentos técnicos anteriormente expuestos, y con el propósito de validar en campo las condiciones propuestas para la realización de las pruebas en cda s y en vía, se realizaron mediciones a 40 vehículos (incluidas motocicletas) en tres

28 condiciones de espacio distintas verificando si las condiciones teóricas planteadas anteriormente se daban en campo. A continuación se describe el procedimiento realizado, equipos utilizados y resultados obtenidos. 5.1 Instrumentación Medidor de Presión Sonora El medidor de presión sonora utilizado fue un sonómetro integrador 01 db tipo 1, con analizador de octava y tercios de octava, medición de tiempo de reverberación, indicadores estadísticos, ponderación A y Z. Respuesta de frecuencia de 12.5 Hz a 20 KHz y módulo Solo VN (Vehicle Noise) que facilita la medición de vehículos en estado estacionario según la norma NTC 4194 e incluye tacómetro acústico. Los certificados de calibración de los equipos utilizados se encuentran en el anexo 2. Cumple con los siguientes estándares: - CEI IEC (2000) - NF EN (1994) - CEI IEC (2000) - NF EN (1994) - CEI IEC (2002) - CEI IEC 1260 (1995) - ANSI ANSI IEC 1260 (1995) - EMC EN and 2 - EN y 2 EEC 70 / ISO Calibrador Calibrador 01 db cal 21 tipo 1 para micrófonos de 1 y ½. Nivel de presión generado 94 db. Estabilidad de ±0.1dB Cumple con los estándares de la IEC (1997)

29 5.1.3 Anemómetro Anemómetro Lutron LM-81 AM 5.2 Lugar de ejecución Las mediciones se realizaron en cuatro diferentes sitios en la ciudad de Bogotá, con el fin de observar el comportamiento de las emisiones de diferentes tipos de vehículos al variar las condiciones o características del lugar. Las características de los sitios de medición se presentan a continuación: Lugar Tabla 1. Localización y condición de los lugares de medición Costado norte del Estadio Nemesio Camacho el Campín. Frente a Los Tres Elefantes del barrio Modelia en las cercanías de la Avenida Boyacá con Avenida La Esperanza. Parqueadero de la Universidad Nacional. Centro de diagnóstico automotor IVESUR. Condición Medición en vía Medición en vía Condición espacio abierto y demás condiciones NTC 4194 Cerramiento con características especiales para controlar la reverberación. El parqueadero del estadio Alfonso López de la Universidad Nacional cumple con características ideales tales como bajo ruido de fondo, superficie asfáltica, ausencia de tráfico vehicular y edificaciones a más de 10m (recordar que la norma NTC 4194 pide tan sólo 3m). La finalidad de realizar mediciones en este lugar fue la de obtener datos más precisos y con menor incertidumbre. Tanto el costado norte del estadio El Campín como el parqueadero de Los Tres Elefantes del barrio Modelia cumplieron condiciones normales de medición en calle tales como ruido de fondo moderado y tráfico vehicular cercano. La finalidad de realizar mediciones en éstos lugares fue la de obtener datos similares a los que se obtendrán en operativos en calle. Por último el CDA IVESUR fue acondicionado acústicamente de tal manera que cumpliera los parámetros de reverberación propuestos en el método. El objetivo de realizar

30 mediciones en éste lugar fue el de obtener datos de nivel de presión sonora similares a los que se obtendrían en los cda s acondicionados para realizar mediciones de ruido. Debido a esto, las mediciones se realizaron en las condiciones normales de operación del CDA sin interrumpir o modificar de ninguna manera los trabajos realizados en el centro de diagnóstico autorizado. Con el fin de garantizar que las condiciones acústicas del centro de diagnóstico automotriz IVESUR el día 5 de agosto de 2011 se realizaron mediciones de reverberación en dicho lugar a la luz de la norma NTC 5548 (medición del tiempo de reverberación en salas con referencia a otros parámetros acústicos). Dicha medición dio como resultado los tiempos de reverberación mostrados en la tabla 2: Tabla 2. Promedios Tiempo de Reverberación por bandas Promedios Tiempo de Reverberación por bandas Frecuencia (Hz) Sin fibra en el suelo(s) Con fibra en el suelo(s) 125 0,91 0, ,73 0, ,49 0, ,51 0, ,63 0, ,53 0,53 Las columnas sin fibra en el suelo y con fibra en el suelo quieren decir a que en el suelo de la cabina, a los lados de la ubicación del vehículo, se instaló fibra de vidrio para determinar las variaciones que éste material da en esta posición.

31 Basados en los resultados obtenidos se calcularon los coeficientes de absorción los cuales se presentan en la tabla 3: Tabla 3. Coeficientes de absorción según tiempos de reverberación Frecuencia (Hz) α 125 0, , , , , ,4 Promedio 0,4 Los resultados arrojados en la medición, dan cuenta que el acondicionamiento acústico instalado en el CDA IVESUR es óptimo para la medición de ruido vehicular en estado estacionario según el método propuesto. 5.3 Ambiente acústico Condiciones meteorológicas Durante las mediciones se realizaron bajo las siguientes condiciones: - velocidad del viento inferior a los 5m/s - tiempo seco (sin lluvia) - pavimento seco en los alrededores del vehículo Ruido de fondo El ruido de fondo se midió siempre antes de cada medición comprobando que estuviera 15 db por debajo del nivel máximo permitido propuesto y al menos 10 db(a) por debajo del nivel de ruido generado por el vehículo revolucionado. El promedio del ruido de fondo registrado en las mediciones en IVESUR correspondió a los 63.8dB(A). La gráfica siguiente muestra la temporalidad del nivel de presión sonora medido.

32 #987 Leq 1s A VIE 05/08/11 09h58m db VIE 05/08/11 10h13m db Espectro 10h00 10h02 10h04 10h06 10h08 10h10 10h12 Gráfica 9. Temporalidad del nivel de sonoro medido como ruido de fondo 5.4 Colocación y preparación del equipo Antes de comenzar cada medición los vehículos eran llevados a sus condiciones normales de temperatura de operación. En todos los casos los vehículos estuvieron en neutro, con el freno de mano accionado por seguridad y el aire acondicionado apagado. 5.5 Posición del micrófono En todos los casos el micrófono se ubicó según lo indicado por la norma NTC 4194, teniendo en cuenta todas las condiciones y configuraciones de cada medición en particular, como se menciona en el numeral 3.3:

33 Figura 2. Puntos de referencia dependiendo del tubo de escape. Tomado de NTC 4194 Figura 3a. Posición del micrófono para motocicletas en recintos cerrados. Adaptado de NTC 4194

34 Figura 3b. Posiciones de micrófono para vehículos en recintos cerrados Adaptado de NTC 4194

35 Figura 3c. Posición del sonómetro cuando el tubo de escape no es accesible o está ubicado debajo de la carrocería del vehículo. Tomado de NTC 4194 Figura 3d.Continua. Adaptado de NTC Velocidad objetivo del motor Los vehículos sometidos a la prueba se llevaron a la velocidad objetivo, la cual está determinada por la norma NTC 4194 y depende de la potencia nominal del motor y de su categoría. La información particular de cada vehículo fue suministrada por las ensambladoras. 5.7 Procedimiento de la medición Antes de comenzar las mediciones de los vehículos y con estos apagados, se realizó la medición de ruido de fondo en cada locación. Posteriormente, los automotores se encendieron, con el cambio en neutro, con el freno de mano accionado. Una vez dispuestos los vehículos, se aceleraron gradualmente desde ralentí hasta la velocidad objetivo manteniéndola durante al menos dos segundos y se liberó el acelerador rápidamente hasta volver a ralentí. Este procedimiento se repitió en cinco series de tres aceleraciones cada una cuidando de no tener diferencias entre sí, superiores a los 2dB.

36 5.8 Cronograma de mediciones Se presenta un cronograma de mediciones en el cual se presentan los días, los lugares y los tipos de vehículos que fueron sometidos a las pruebas. Tabla 4. Tipos y cantidad de automotores medidos Lugar de medición Universidad Nacional, El Campin, Ivesur Universidad Nacional, Los tres elefantes Categorías de vehículos medidos Cantidad de vehículos medidos Motocicletas 7 Motocicletas 10 Ivesur Motocicletas 8 Universidad Nacional, Los tres elefantes Ivesur Motocicletas 3 Camionetas 3 Motocicletas 5 Camionetas 3 Universidad Nacional, Los tres elefantes, Ivesur Universidad Nacional, Los tres elefantes, Ivesur Universidad Nacional, Los tres elefantes, Ivesur Universidad Nacional, Los tres elefantes, Ivesur Automóviles 4 Camiones 2 Automóviles 3 Camionetas 1 Automóviles 2 Camionetas 1 Buses 2 Buses Resultados A continuación se muestran los resultados de las mediciones realizadas en los tres ambientes para cada vehículo y motocicleta evaluados.

37 Tabla 5. Resultados mediciones motos MOTOS MODELO NPS (dba) DESVIACION DIFERENCIAS (db) U.N. CALLE IVESUR ESTANDAR U.N. - CALLE CALLE - IVESUR U.N. - IVESUR Pulsar Vivax C 100 Wave FZ CBF YW Magic II Pulsar Boxer Splendor NXG XTZ T DR XR DR GN GSX YBR CBF Agility Promedios Tabla 6. Resultados mediciones motos

38 MODELO CARROS, CAMIONES, CAMIONETAS, CAMPEROS Y SERVICIO PÚBLICO NPS (dba) DESVIACION DIFERENCIAS (db) U.N. CALLE IVESUR ESTANDAR U.N. - CALLE CALLE - IVESUR U.N. - IVESUR Spark Familia N Spark GT Koleos NKR Captiva Daihatsu BT Mazda 3 2, Wulling Mazda Sandero Stepway HHR Fluence Sandero Hino RK Mazda 3 1, Familia F Hino FC Dmax Promedios Análisis de resultados Las diferencias entre los resultados de las mediciones en los diferentes lugares oscilaron entre 0dB(A) y 3dB(A). Los promedios de las diferencias de los resultados obtenidos en los diferentes lugares son en todos los casos de 1dB(A). La gráfica 10 muestra la tendencia de las mediciones a no tener grandes diferencias. La gráfica no muestra que haya una linealidad entre las diferencias, es decir, no se evidencia que en alguno de los tres lugares los niveles medidos sean considerablemente mayores o menores que en otro de los sitios.

39 Gráfica 10. Resultados de las mediciones en tres lugares con condiciones acústicas distintas. La gráfica muestra en el eje x las diferencia en los resultados de las mediciones que se dieron en los distintos escenarios. El eje y, muestra la frecuencia es decir, la cantidad de veces que se repitieron cada una de las diferencias. Como se evidencia, la tendencia general de las mediciones, dio como resultado una pequeña diferencia entre los sitios en los cuales fueron realizadas. Al comparar los resultados dados entre la Universidad Nacional y en vía, la mayoría de los valores obtenidos fueron iguales (9 de ellos presentaron el mismo valor) seguido de diferencias de 1 y 2dB(A) (5 valores presentaron diferencias de 2dB(A) y 5 de 1 db(a)). En cuanto a las diferencias obtenidas al medir en vía e IVESUR la gráfica muestra que la mayoría de los datos tuvieron una divergencia de tan solo 1dB(A) (9 vehículos presentaron dicha diferencia). 8 vehículos tuvieron resultados con valores iguales. De la misma manera al comparar las mediciones realizadas en la Universidad Nacional con IVESUR, la gráfica muestra que la mayoría de vehículos presentaron diferencias de 1dB(A) (9) y resultados con valores iguales (5). Estos resultados prueban la validez del método propuesto. 6. METODOLOGÍA PROPUESTA Con base en los resultados obtenidos en campo, se propone la adición del método de ensayo para la medición de la emisión de ruido en vehículos automotores establecido en

40 la NTC 4194, incluyendo las consideraciones a tener en cuenta para la ejecución de la prueba en recintos que no cumplen con el requisito de espacio libre de tres metros así como en vía. 6.1 Instrumentación El medidor de presión acústica o sistema de medición equivalente (en adelante referido como sonómetro), debe cumplir mínimo los requisitos para los instrumentos tipo 1, de acuerdo con la norma IEC La velocidad rotacional del motor se debe medir con un instrumento que cumpla los límites de especificación de mínimo 2% o mejor, a las velocidades del motor requeridas para las mediciones. Se recomiendan tacómetro de rápida respuesta. Los tacómetros incorporados en muchos vehículos poseen una buena precisión y una respuesta adecuada. 6.2 Ambiente Acústico Sitio de Prueba Espacio abierto (vía): Debe consistir en una superficie plana de concreto nivelada, asfalto denso o un material de dureza similar libre de grasa, tierra suelta, cenizas o cualquier otro material. Debe estar en un espacio abierto libre de grandes superficies reflectivas, tales como vehículos parqueados, edificaciones, vallas publicitarias, arboles, matorrales, paredes, personas, etcétera, dentro de un radio de 3 metros de donde se encuentra ubicado el micrófono y cualquier punto del vehículo. Es admisible la presencia de andenes de menos de 20 cm. Dentro del radio de los 1.5 metros, pero a no menos de 1 metro del micrófono. Cerca al vehículo solo se debe encontrar la persona que realiza la medición. No se debe evitar realizar la prueba sobre una vía principal, así esta cumpla con lo establecido anteriormente. Sin embargo, es posible hacerlo cerca de una vía principal siempre y cuando cumpla con las condiciones de ruido de fondo y las mencionadas anteriormente. Se debe buscar el espacio abierto más libre de cualquier superficie reflectiva como sea posible.

41 Espacio cerrado: Debe cumplir con las siguientes condiciones acústicas - El coeficiente de absorción medio de la sala debe estar entre 0.4 y 0.7 en el rango de 250 Hz a 5000 Hz. - El coeficiente de absorción medio de la sala debe ser mayor a 0.3 en 125 Hz - El coeficiente de absorción promedio en todas las bandas debe ser mayor a Ninguna de las paredes cercanas al vehículo (1.5 metros) deberá tener un coeficiente de absorción sonora menor a 0.4 en frecuencias superiores a 250 Hz y 0.3 en frecuencias superiores a 125 Hz - El suelo debe ser una superficie plana de concreto nivelada, asfalto denso o un material de dureza similar. Debe estar libre de grandes superficies reflejantes, tales como otros vehículos parqueados y personas ajenas a la medición, dentro de un radio de 1.5 metros de la ubicación del micrófono y cualquier punto del vehículo en la dirección de interés de medición y 1.5 metros entre el vehículo y el obstáculo en las Direcciones en que no se realizarán mediciones (véase figura 1). Al respetar estas distancias garantizamos que no estamos en el campo cercano de la fuente en el rango de las frecuencias de interés. - Cerca al vehículo solo se debe encontrar la persona que realiza la medición.

42 Figura 4. Propuesta posición del vehículo y el micrófono Adaptado de NTC Ruido de fondo Las lecturas de los instrumentos de medición producidas por el ruido del ambiente deben estar al menos 10 db por debajo del nivel de presión sonora ponderado A que se va a medir. Se puede colocar al micrófono un protector de viento adecuado, siempre y cuando se tenga en cuenta su efecto sobre la sensibilidad del medidor de nivel de sonido. En caso de no saber cuánto es el nivel de ruido que se espera genere la fuente, el ruido de fondo del CDA deberá estar 15 db por debajo del máximo permitido por la norma. Cuando la medición se realice en vía y no se conozca el nivel de fuente el ruido de fondo deberá estar 10 db por debajo del máximo permitido por la norma. 6.3 Procedimiento de Prueba Es esencial que el personal que maneje la instrumentación y realice la prueba, esté capacitado en las normas técnicas y manejo de equipos de medición del sonido.

43 La calibración del equipo de medición se debe realizar al comienzo y al final de cada jornada de medición. En caso de que el micrófono sea golpeado o cualquier otra situación anómala ocurra, se debe calibrar inmediatamente el equipo, para garantizar que los resultados sigan siendo confiables Se debe contar con un software que permita seleccionar el segmento de interés de la medición efectuada y realizar cálculos sobre la misma. Debe entregar datos de Lp y Leq en ponderación A y Fast, en tiempo real con un tiempo base de 20 ms. Debe tener un rango dinámico de 120 db sin selección de segmento. Dicho software puede estar instalado en un computador en el sonómetro mismo. El micrófono debe estar montado sobre un trípode sin ningún obstáculo o interferencia en el camino entre el mismo y la fuente de interés Colocación y preparación del vehículo La transmisión del vehículo debe estar en posición neutra y el embrague debe estar libre o en posición de parqueo en el caso de transmisión automática, el freno de parqueo debe estar accionado por seguridad. Si el vehículo tiene aire acondicionado, este debe estar apagado. La cubierta del motor debe estar cerrada. Antes de cada medición se debe llevar el motor a su temperatura normal de operación, según lo especifique el fabricante. En el caso de motocicletas que no tienen cambio neutro, las mediciones se deben llevar a cabo con la rueda trasera elevada del suelo, de manera que pueda girar libremente Posición del micrófono El micrófono debe estar localizado a una posición de 0.5 metros ± 0.1 metro del punto de referencia del tubo de escape (véase figura 5 para puntos de referencia dependientes del tipo de tubo de escape) y a un ángulo de 45 ± 5 en relación con el plano vertical que contiene el eje de flujo de terminación del tubo, el micrófono debe estar a la altura de referencia, pero no a menos de 0.2 metros de la superficie del suelo. El eje de referencia del micrófono debe alinearse en un plano paralelo a la superficie del suelo y debe estar direccionado hacia el punto de referencia sobre la salida del tubo de escape.