Principios de Acústica, Medida y Control del Ruido Mediante el Análisis y Calculo de Espectros...

Principios de Acústica, Medida y Principios de Acústica, Medida y Control del Ruido Mediante el Control del Ruido Mediante el

Análisis y Calculo de Espectros Análisis y Calculo de Espectros Sonoros Utilizando el Método Sonoros Utilizando el Método

EspecificoEspecifico

El sonido Nociones BásicasEl sonido Nociones Básicas

• Es una variación de presión transmitida a través de un medio elástico; percibida por el oído humano o cualquier otro receptor.

• Los Sonidos se caracterizan por el tono o frecuencia, intensidad o fuerza y distribución espectral

Velocidad de Propagación del sonidoVelocidad de Propagación del sonido

MATERIALMATERIAL Velocidad del sonido Velocidad del sonido m /seg (20ºC) m /seg (20ºC)

AireAire 344344

AguaAgua 14101410

MaderaMadera 34003400

ConcretoConcreto 34003400

El Sonido Frecuencia El Sonido Frecuencia

• Su propagación en el aire se hace bajo forma de una onda esférica

• La frecuencia de una onda sonora se define como el número de pulsaciones que tiene por unidad de tiempo. La unidad correspondiente es el hertzio (Hz).

Frecuencia Diversos tipos de sonidosFrecuencia Diversos tipos de sonidos

20000

1600

400

20

zona depercepcióndel oído humano

sonidos agudos

sonidos graves

sonidos médium

ultra-sonidos

infra-sonidos

22 Hz

22627 Hz

DecibelioDecibelio

• Unidad logarítmica de medida utilizada en diferentes disciplinas de la ciencia. En todos los casos se usa para comparar una cantidad con otra llamada de referencia.

Lp = 10 Log P2/Pref

Lw = 10 Log W/Wref

• Es la décima parte del Bel. El Bel es el logaritmo en base 10 de la relación de dos potencias o intensidades. No obstante esta

unidad resulta demasiado grande por lo que se ha normalizado el uso de la décima parte del Bel:

• En escala logarítmica los valores límite son

• Inferior : 0 dB

• Superior: 120 dB

MEDIDA DEL SONIDOMEDIDA DEL SONIDO

• Para determinar un nivel sonoro se hace una medida de presión sonora

La unidad de presión es el Pascal:limite inferior: 0,00002 Palimite superior: 20 Pa

• En Acústica la mayoría de las veces el decibelio se utiliza para comparar la presión sonora, en el aire, con una presión de referencia.

dB Subjetivo vs ObjetivodB Subjetivo vs Objetivo

Cambio en Nivel

Sonoro Percibida

Cambio en la Intensidad

20 dBMucho mas ruidoso

o muy Silencioso

Doble de Intensidad o Mitad de Intensidad

3 dB Sensiblemente Percibido

6 dB Claramente Perceptible

10 dB

EL SONIDO : Potencia y presión sonoraEL SONIDO : Potencia y presión sonora

• La Fuente emite una potencia sonora (Lw)La Fuente emite una potencia sonora (Lw)

• El oyente recibe una presión sonora (Lp) (presión ejercida El oyente recibe una presión sonora (Lp) (presión ejercida por la vibración del aire sobre el tímpano o membrana del por la vibración del aire sobre el tímpano o membrana del micrófonomicrófono

Lp1LW Lp2

D 1

D 2

Potencia acústicaPotencia acústica

• Característica propia de la fuente que no depende del entorno o de la distancia

• Si la fuente sonora emite en todas las direcciones, "en campo libre":

Lw = Lp + 10 Log (4 π r2)

donde "r" es la distancia entre la fuente y el oyente

Ejemplos : potencia y presión sonoraEjemplos : potencia y presión sonora

• Potencia acústica = 85dBla presión acústica a 5 m es:Lp = 85 - 10 Log (4 π 52)Lp = 85 - 25 = 60 dB

• presión = 54 dB a 10 mla potencia acústica es:Lw = 54 + 10 Log (4 π 102)Lw = 54 + 31 = 85

Atenuación en función de la distanciaAtenuación en función de la distancia

distancia(m)

atenuación(dB)

distancia(m)

atenuación(dB)

1 -11 5 -25

1,5 -14,5 6 -26

2 -17 8 -29

3 -20 10 -31

4 -23 20 -37

SUMA DE NIVELES SONOROSSUMA DE NIVELES SONOROS

• El ruido resultante de dos fuentes iguales NO es la suma Aritmética de los niveles sonoros de cada fuente

• Para sumar dos valores en decibelios se tiene que hacer una suma logarítmica o utilizar la tabla siguiente

Tabla para cálculos rápidosTabla para cálculos rápidos

cuando la diferencia entre dos niveles

sonoros es de

se añade al nivel más grande

0 o 1 dB 3 dB

2 o 3 dB 2 dB

4 o 9 dB 1 dB

10 dB o más 0 dB

EjemplosEjemplos

60 dB + 60 dB = 63 dB

60 dB + 61 dB = 64 dB

58 dB + 60 dB = 62 dB

54 dB + 60 dB = 61 dB

54 dB + 66 dB = 66 dB

Ejemplo:Ejemplo:

Lp1 = 45 dB y Lp2 = 47 dB

LpT = 10 Log (10 Lp1/10 + 10 Lp2/10 )

LpT = 10 Log (10 4,5 + 10 4,7)

LpT = 10 Log (31622.8 + 50118.7)

LpT = 10 Log (81741.5)

LpT = 10 ( 4,91)=49,1 dB

ESPECTRO SONOROESPECTRO SONORO

• Un ruido es una mezcla compleja de sonidos de frecuencias diferentes

• El ruido se estudia por bandas de frecuencia

• Cada banda se define con su valor medio

Espectro sonoro

En ventilación se usa un espectro de 8 bandas de frecuencia, de 63 a 8000 Hz

El término de octava se considera el intervalo entre dos

sonidos que tienen una relación de frecuencias igual a 2

Hz

dB

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Medición del Nivel Sonoro

• Para medir el nivel sonoro disponemos de los Sonómetros. Estos aparatos nos proporcionan una indicación del nivel acústico de las ondas sonoras que inciden sobre el micrófono.

LA ESCALA A : EL dB(A)LA ESCALA A : EL dB(A)

• El oído no percibe los niveles de presión sonora de la misma manera para todas las frecuencias, mientras que los sonómetros tienen una sensibilidad idéntica en todas las frecuencias.

dB(A)

La escala A : el dB(A)La escala A : el dB(A)

• Para acercar la medida del sonómetro lo máximo posible a la molestia real que puede producir un sonido, se hace una ponderación del nivel de presión para ciertas frecuencias.

• El resultado obtenido no se expresará en dB si no en

dB(A)

• En la práctica, en ventilación los niveles sonoros se dan en dB(A)

Ponderaciones APonderaciones A

• Tabla de correcciones para pasar de dB lineales a dB(A)

• En las frecuencias medias la sensibilidad es máxima• Menor en los agudos y poca en los graves

HzHz

dBdB

63 125 250 500 1000 2000 4000

-26,2 -16,1 -8,6 -3,2 0 1,2 1 -1,1

8000

Atenuación asociada con curvas de ponderación A, B y C

Atenuación asociada con curvas de Atenuación asociada con curvas de ponderación A y Cponderación A y C

Frecuencia HzFrecuencia Hz Curva ACurva A

dBdB

Curva CCurva C

dBdB

6363 -26.2-26.2 -0.8-0.8

125125 -16.1-16.1 -0.2-0.2

250250 -8.9-8.9 0.00.0

500500 -3.2-3.2 0.00.0

10001000 0.00.0 0.00.0

20002000 1.21.2 -0.2-0.2

40004000 1.01.0 -0.8-0.8

80008000 -1.1-1.1 -3.0-3.0

Mediciones en Edificios AcústicosMediciones en Edificios Acústicos

• Acústica Arquitectónica: Es la creación de condiciones necesarias para escuchar cómodamente y de los medios para controlar los ruidos

Campo libre - DirectividadCampo libre - Directividad

• Cuando una onda acústica se emite en todas las direcciones sin que haya ningún obstáculo que se oponga a su propagación diremos que está emitiendo en campo libre

• Si la onda se refleja sobre una parte del volumen que le rodea, se habla de directividad

DirectividadDirectividad

Cuando la potencia acústica se disipa en una dirección concreta tenemos:

Lw = Lp + 10 Log (4 π r2/Q) donde "Q" es el factor de directividad

Q=1Q=2 Q=3

Q=4

• La zona donde el nivel sonoro disminuye cuando nos alejamos de la fuente (como en campo libre) se llama el campo directo

• La zona donde la presión acústica reverberada es igual o superior a lo que sería en campo libre, se llama campo reverberado.

Tiempo de ReverberanciaTiempo de Reverberancia

El Tiempo de Reverberación RT, es el tiempo que El Tiempo de Reverberación RT, es el tiempo que tarda una señal, desde que esta deja de sonar, tarda una señal, desde que esta deja de sonar,

en atenuarse un nivel de 60 dBen atenuarse un nivel de 60 dB

Coeficiente de Absorción de un Coeficiente de Absorción de un

materialmaterial

• La Absorción de un Cuarto se obtiene sumando todas las superficies de absorción en el cuarto

• La absorción de cada superficie es el producto de el área de la superficie por el coeficiente de absorción

• El coeficiente de absorción de un material es la relación entre la energía absorbida por el material y la energía reflejada por el mismo

Refracción, Difracción, ReflexionRefracción, Difracción, Reflexion

• Es el cambio de dirección que sufre una onda cuando Es el cambio de dirección que sufre una onda cuando pasa de un medio a otro. pasa de un medio a otro.

• Es la distorsión de un campo de sonoro causado por la Es la distorsión de un campo de sonoro causado por la presencia de un obstáculo o también una flexión por parte presencia de un obstáculo o también una flexión por parte de los frentes de onda.de los frentes de onda.

• En el límite de dos medios capaces de conducir sonido, En el límite de dos medios capaces de conducir sonido, como el caso frecuente de las superficies que separan el como el caso frecuente de las superficies que separan el aire ambiente de cuerpos sólidos ocurre tanto la reflexión aire ambiente de cuerpos sólidos ocurre tanto la reflexión

como la absorción de energíacomo la absorción de energía

Ruido a Través de CanalizacionesRuido a Través de Canalizaciones

• Debidos al movimiento del aire y a las turbulencias, se transmiten por los conductos

• Se pueden generar en los conductos mismos cuando la velocidad del aire sobrepasa los 10 m/s

• La energía de presión consumida (pérdida de carga) se transforma en potencia acústica

Nivel de potencia sonora totalNivel de potencia sonora total

Q PQ1 P1

Lw Nivel de potencia sonora estimado (dB) del ventilador Kw Nivel de potencia sonora especifico (dB)Q Caudal del ventilador Q1 Caudal de referencia P Presion total del ventilador P1 Presion total del ventilador de referencia C Factor de Corrección (dB)

kw + 10log10Lw = + C+ 20log10

Nivel de potencia sonora especifica (KNivel de potencia sonora especifica (Kww, dB) para , dB) para

potencia sonora total de ventiladorespotencia sonora total de ventiladores

Tipo de Ventilador

CENTRIFUGO:Airfoil, Backward Curved Backward Inclined

Diam. Turbina > 36 in 40 40 39 34 30 23 19 17< 36 in 45 45 43 39 34 28 24 19

Forward Curved 53 53 43 36 36 31 26 21

Radial Presión Total(in-wg)

Baja Presion 4 - 10 56 47 43 39 37 32 29 26Med. Presion 6 - 15 58 54 45 42 38 33 29 26Alta Presion 15 - 60 61 58 53 48 46 44 41 38

VANEAXIAL:

Hub Radio 0.3 - 0.4 49 43 43 48 47 45 38 340.4 - 0.6 49 43 46 43 41 36 30 280.6 - 0.8 53 52 51 51 49 47 43 40

TUBEAXIAL:

Diam. Turbina> 40 in 51 46 47 49 47 46 39 37< 40 in 48 47 49 53 52 51 43 40

AXIAL:

Ventilacion General y 48 51 58 56 55 52 46 42Torres de Enfriamiento

Octavas de Banda Frecuencia - Hz

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Factor de corrección “C”Factor de corrección “C”

Eficiencia Factor de CorreccionEstatica % dB

90 a 100 0

85 a 89 375 a 85 665 a 74 955 a 64 1250 a 54 15

Menor a 50 16

Frecuencia de paso de álabeFrecuencia de paso de álabe

rpm60

Incremento por frecuencia de paso de Alabe (BFI)

Tipo de Octava de BFIVentilador banda dB

CENTRIFUGO:Airfoil, Backward Curved 250 Hz 3Backward Inclined

Forward Curved 500 Hz 2Radial Blade 125 Hz 8

Pressure Blower

VANEAXIAL: 125 Hz 6

TUBEAXIAL: 63 Hz 7

AXIAL: 63 Hz 5

Ventilacion en general Torres de enfriamiento

Bf = X No de Alabes

Ejemplo Calculo de Ruido En Canalizaciones :Ejemplo Calculo de Ruido En Canalizaciones :

Un ventilador de alabes curvos adelantados con un caudal de 10,000 cfma una presion estatica de 1.5 inwg. Tiene 24 alabes y opera a una velocidad de 1,175 rpm. El ventilador tiene una eficiencia del 85 %. Los Bhp son 3 (2.24 W)Determine el nivel de potencia sonora total del ventilador

Solución ejemplo: 1/13Solución ejemplo: 1/13

Eficiciencia de operación E1

cfm X Presión Est.(in.w.g.)

X 100 = 79 %

X 100E1 = 6,356 X BHp

E1 = 10,000 X 1.5

6,356 X 3


Pico de eficiencia E2

E1

E2

79

85

Q PQ1 P1

Eficiencia Estatica % = X 100

+ C

LW = kW +10log10(10,000) + 20 log10(1.5) + 0.0

LW = kW + 44

Eficiencia Estatica % = X 100 = 93 %

Lw = kw + 10log10 + 20log10


La frecuencia de paso de alábe es:

rpm60

1,17560

Bf = X No de Alabes

Bf = X 24 = 470 Hz


63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

KW Nivel de potencia 53 53 43 36 36 31 26 21Sonora especifico 44 44 44 44 44 44 44 44

2

65

Octavas de Banda Frecuencia - Hz

LW, dB 97 97 87 82 80 75 70

LwT = 10 Log (10 Lp1/10 + 10 Lp2/10 )

LwT (Curva de ponderación) = 100.35 dBL

LwT (A) = 86.4 dB(A)

Spl = 74.9 dB(A)


Supongamos que un ventilador, suministra una cantidad de aire que se Supongamos que un ventilador, suministra una cantidad de aire que se distribuye en varios canales. La potencia sonora total emitida tiene un distribuye en varios canales. La potencia sonora total emitida tiene un

espectro reflejado en la Tablaespectro reflejado en la Tabla

Espectro de Potencia Sonora Especifico

Frecuencia Hz 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Decibelios dB 97 97 87 82 80 75 70 65


β = 0,1 /(0,1+ 0,16) = 0,385β = 0,1 /(0,1+ 0,16) = 0,385


Espectro Sonoro resultanteEspectro Sonoro resultante

Espectro de potencia sonora Especifico

Frecuencia Hz 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Decibelios dB 97 97 87 82 80 75 70 65

Atenuación por Bifurcación

4 4 4 4 4 4 4 4

Lw dB Resultante por Bifurcación 93 93 83 78 76 71 66 61


Atenuación debida a los codos



Frecuencia Hz

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Decibelios dB

97 97 87 82 80 75 70 65

Atenuación por bifurcación

4 4 4 4 4 4 4 4

Lw dB Resultante por bifurcación 93 93 83 78 76 71 66 61

atenuación por codos 0 0 2 5 6 6 7 10

Lw dB Resultante por atenuación

codos93 93 81 73 70 65 59 51



Frecuencia Hz

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Decibelios dB

97 97 87 82 80 75 70 65

Atenuación por bifurcación

4 4 4 4 4 4 4 4

Lw dB Resultante por bifurcación

93 93 83 78 76 71 66 61

atenuación por codos 0 0 2 5 6 6 7 10

Lw dB Resultante por atenuación codos 93 93 81 73 70 65 59 51

Atenuación a la Salida 11 7 3 1 0 0 0 0

Lw Resultante por Salida

82 86 78 72 70 65 59 51


• Lw Lw (Total )(Total ) dB =10 * Log (10 dB =10 * Log (10 (82/10)(82/10) + 10 + 10 (86/10)(86/10) + 10 + 10 (78/10)(78/10) + 10 + 10 (72/10)(72/10) + 10 + 10 (70/10)(70/10) + 10 + 10 (65/10)(65/10) + 10 + 10 (59/10)(59/10) + 10 + 10

(51/10)(51/10) ) )

• Lw Lw (Total )(Total ) dB =88.12 dB dB =88.12 dB

• Lw (A) =76.40 dB(A)Lw (A) =76.40 dB(A)

• SPL = Lw - 10 * log ( 4π r2 /Q)SPL = Lw - 10 * log ( 4π r2 /Q)

• Factor de Directividad Q = 2Factor de Directividad Q = 2

• SPL = 64.9 dB(A) Medido a una Distancia de la fuente de 1.5 mts.SPL = 64.9 dB(A) Medido a una Distancia de la fuente de 1.5 mts.

Bibliografía y recomendación:Bibliografía y recomendación:

• Woods Practical Guide to Noise ControlWoods Practical Guide to Noise Control

Sharland IanSharland Ian

Fifth EditionFifth Edition• Sound And Vibration Design and AnalysisSound And Vibration Design and Analysis

National Environmental National Environmental Balancing Bureau Balancing Bureau

Bevirt W. David Bevirt W. David

First EditionFirst Edition• Prontuario de ventilación S&PProntuario de ventilación S&P

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