Control de Ruido

LA FIESTA DE LOS PÁJAROS

Por Luis Felipe Sexto

Las aves no son deseables en áreas de tráfico aéreo. Por ello se busca la manera de espantarlas de las zonas cercanas a las pistas de los aeropuertos. Potencialmente, son capaces de provocar accidentes y, por esta razón, se han realizado estudios para generar  ruidos que puedan ahuyentarlas. Se han tenido en cuenta las frecuencias e intensidades que con mayor probabilidad puedan resultar intolerables para ellas. Son los llamados “espantapájaros sonoros”.

Sin embargo, en abierto desafío a estos estudios, un grupo de pájaros “renegados” se obstina en resistir los sonidos creados para que abandonen el lugar.  El hecho aconteció en el aeropuerto inglés de Gloucestershire dónde se ha descubierto que la mejor manera de espantar a los pájaros de la pista es obligándolos a escuchar a Tina Turner. Quedó esclarecido que los registros de la voz de la cantante contenían frecuencias que provocaban verdaderos dolores de cabeza a las aves. Lo curioso es que los sonidos supuestamente elaborados para ahuyentarlos no les hacían más que cosquillas.

ADVANCES IN VIBRATION CONTROL AND DIAGNOSTICS

DESCARGUE AQUÍ la versión electrónica del libro ADVANCES IN VIBRATION CONTROL AND DIAGNOSTICS donde podrá consultar las contribuciones y resultados de los participantes en este proyecto internacional. Podrá analizar, entre otros, dos artículos del autor del blog S&M y otro de colegas del CEIM sobre la aplicación del mantenimiento predictivo en la industria cubana.

This volume presents some up to date concepts and results in the field of vibration control and diagnostics of mechanical systems, obtained in research activities performed in the Departments and laboratories of the universities taking part in the VICONDIA network. The VICONDIA project developed in the frame of the ALFA II Program for the cooperation between European and Latin American universities, funded by the European Commission, has promoted tight cooperation in the research activities in the field of dynamical behaviour of rotating machinery including noise emission, vibration control of mechanical structures, and related diagnostics. A selection of the main results in form of papers, originated by these research activities, is reported in the volume, which therefore contributes to describe the state of art of the activities in the above defined field.

Information
Type: Collection
Language(s): English
Year: 2006
Number of page(s): 257
Paper edition price: 30,00 EUR
Code (printed): ISBN 978-88-7699-036-6
Code (electronic): ISBN 978-88-7699-016-8 - Open Access Publication

Book Sections
Alamo, Fredy Coral and Weber, Hans Ingo (2006) Vibrational Behavior of Slender Drillstrings. In: Advances in vibration control and diagnostics. Polimetrica Publisher, Italy, pp. 1-11.

Bachschmid, Nicolò and Tanzi, Ezio (2006) Coupling of the Lateral and Torsional Vibration in a Cracked Shaft. In: Advances in vibration control and diagnostics. Polimetrica Publisher, Italy, pp. 13-26.

Bueno, Douglas Domingues and Marqui, Clayton Rodrigo and da Silva, Samuel and Lopes Jr, Vicente (2006) Structural Damage Location Using H2 Norm Approach. In: Advances in vibration control and diagnostics. Polimetrica Publisher, Italy, pp. 27-36.

Cardoso, Patrick M. and Santana, Danuza and Bachschmid, Nicolò and Pennacchi, Paolo and Tanzi, Ezio and Steffen Jr, Valder and Rade, Domingos Alves (2006) Active Control of a Thin Plate Using Piezoelectric Patches: Preliminary Results. In: Advances in vibration control and diagnostics. Polimetrica Publisher, Italy, pp. 37-48.

dos Santos, Rogério Rodrigues and Kreschel, Martin and Pereira Saramago, Sezimária de Fátima and Steffen Jr, Valder (2006) Serial Robot Vibration Analysis Through Task Positioning Optimization. In: Advances in vibration control and diagnostics. Polimetrica Publisher, Italy, pp. 49-64.

Ehehalt, Ulrich and Hochlenert, Daniel and Markert, Richard and Weber, Hans Ingo (2006) Approximate Description of Backward Whirl at Rotor-Stator-Contact. In: Advances in vibration control and diagnostics. Polimetrica Publisher, Italy, pp. 65-82.

Ehehalt, Richard and Markert, Richard and Hahn, Eric (2006) Rotor Stator Contact – Measured Motion Patterns. In: Advances in vibration control and diagnostics. Polimetrica Publisher, Italy, pp. 83-98.

Ehehalt, Ulrich and Markert, Richard and Wegener, Georg (2006) Synchronous Forward Whirl At Rotor-Stator-Contact – Stability Investigations. In: Advances in vibration control and diagnostics. Polimetrica Publisher, Italy, pp. 99-113.

Frosoni, Lucia and Pennacchi, Paolo (2006) Determination of Radial and Tangential Electromagnetic Stresses in Synchronous Machines Caused by Rotor Eccentricity. In: Advances in vibration control and diagnostics. Polimetrica Publisher, Italy, pp. 115-130.
de Lima, Antônio Marcos Goncalves and Rade, Domingos Alves and Markert, Richard (2006) Finite Element and Experimental Results of Vibration Control of Beams Combining ACLD and PPF. In: Advances in vibration control and diagnostics. Polimetrica Publisher, Italy, pp. 131-142.

Kreschel, Martin and Markert, Richard and Seidler, Malte and Steffen Jr, Valder (2006) Non-Stationary Balancing of Flexible Rotors With Speed-Dependent System Matrices. In: Advances in vibration control and diagnostics. Polimetrica Publisher, Italy, pp. 143-150.

Furtado, Rogério Mendonça and Pennacchi, Paolo and Lopes Jr, Vicente (2006) Fault Identification in Rotor System Using Model Based Methods Experimental Data and Artificial Neural Network. In: Advances in vibration control and diagnostics. Polimetrica Publisher, Italy, pp. 151-162.

Michalski, Miguel Angelo C. and Zindeluk, Moyses and Rocha, Renato O. (2006) Non-Linear Experimental Detection of Oil Whirl in Horizontal Rotors. In: Advances in vibration control and diagnostics. Polimetrica Publisher, Italy, pp. 163-175.

Marín, Evelio Palomino and Rodríguez, Ángel Sánchez and Gómez, Jesús Cabrera and Cabrera, Luis Felipe Sexto (2006) Preliminary Diagnosis of Rotational Machinery. Experiences in the Implementation of a Predictive Maintenance Program and Certification of Human Resources in a Cuban Cement Industry. In: Advances in vibration control and diagnostics. Polimetrica Publisher, Italy, pp. 177-184.

Pennacchi, Paolo and Vania, Andrea (2006) Dynamical Effects Caused by Rotor-to-Stator Rubs in a Steam Turbine. In: Advances in vibration control and diagnostics. Polimetrica Publisher, Italy, pp. 185-204.

Saldarriaga, Manuel Villafañe and Steffen Jr, Valder and Santos, Ilmar Ferreira (2006) Theoretical and Experimental Analysis of a Viscoelastic Vibration Absorber in a Frequency Band. In: Advances in vibration control and diagnostics. Polimetrica Publisher, Italy, pp. 205-216.

Sekhar, A. S. and Platz, Roland and Markert, Richard (2006) Health Monitoring and Crack Identification in a Rotor System Passing its Critical Speed. In: Advances in vibration control and diagnostics. Polimetrica Publisher, Italy, pp. 217-225.

Sexto, Luis Felipe (2006) The Noise Emission and Immission Levels in a Thermoelectric Power Station. In: Advances in vibration control and diagnostics. Polimetrica Publisher, Italy, pp. 227-234.

Sexto, Luis Felipe (2006) Overview and Characterization of a Flexible Rotor for Trial Run. In: Advances in vibration control and diagnostics. Polimetrica Publisher, Italy, pp. 235-246.

d’Avila Villela, Ricardo Luís and Zindeluk, Moyses (2006) Detection of Holes in Ducts using Acoustic Probing. In: Advances in vibration control and diagnostics. Polimetrica Publisher, Italy, pp. 247-257.

 

Polimetrica License B.

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SILENCIADORES

Por Luis Felipe Sexto

 

UNA DE LAS MEDIDAS DE ATENUACIÓN DEL RUIDO, en fuentes mecánicas dinámicas o estáticas, se asocia con el empleo de silenciadores. Estos pueden ser de absorción o disipativos (revestimiento poroso) y de reflexión o reactivos (variaciones bruscas de sección). Generalmente, es posible alcanzar con ellos reducciones del nivel de ruido entre 10 dB y 20 dB.

 

Los silenciadores están concebidos para disminuir el ruido a través de las salidas, escapes, aberturas. Los de absorción generalmente se aplican más a las fuentes encapsuladas donde se garantice la toma de aire y evacuación del calor sin afectar el encapsulamiento y donde predominen los ruidos de banda ancha. Usualmente se adhiere material poroso a las paredes de los propios conductos (en la figura un Encapsulamiento de un conjunto mecánico con silenciadores de absorción). 

 

Los silenciadores reactivos, por su parte, presentan su mejor aplicación donde existan bajas frecuencias. Por ello un ejemplo típico de utilización es los silenciadores para el escape de gases de combustión en los motores de combustión interna.

 

En la práctica suelen emplearse en combinación. El poder de absorción de los silenciadores es dependiente de las frecuencias que se quieran mitigar. Por ello resultará vital conocer el contenido en frecuencias del ambiente sonoro donde se pretendan aplicar. ■

 

PROTECTORES AUDITIVOS, ALGO QUE DEBEMOS SABER

Por Luis Felipe Sexto

 

ES COMÚN LA SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN AUDITIVA sin considerar, seriamente, si realmente el modelo que se trabaja es capaz de asegurar la mejor protección. Es preciso realizar un estudio previo de las características del ambiente sonoro para el cual se busca el resguardo más efectivo. El ingeniero de planta debe velar por la calidad del medio de protección  auditiva. Para ello, deberá considerar la información del fabricante (o suministrador), considerando algunos aspectos que normalmente no son muy conocidos. Existen dos tipos de protectores auditivos pasivos, los tapones intraaurales y las orejeras o copas perimetrales. 

 

Los tapones auditivos son protectores diseñados para ser ajustados en la parte externa del conducto auditivo y permanecer en esta posición sin ningún dispositivo de fijación externo. Es importante que queden bien ajustados y situados, ya que la más ligera filtración disminuye la atenuación del ruido incluso hasta 15 dB para algunas frecuencias. Por lo que ajustarán con una presión determinada. Estos elementos se construyen en general de material no poroso y flexible, que no produzcan daños o trastornos en el conducto auditivo. Generalmente son fabricados de plástico, goma, material orgánico, algodón parafinado o neopreno. El algodón insertado en el oído haciendo de tapón es de muy bajas propiedades atenuantes, de 4 a 15 dB, con lo cual se procura poca o prácticamente ninguna protección.

 

Las orejeras por su parte son una especie de ventosas de material ligero y llenas de un material absorbente del sonido. Los mismos cubren la parte externa  del oído para propiciar una barrera acústica. Sus propiedades para la disminución del ruido varían según el modelo. Es importante que tengan un cierre de material blando para que se adapten bien a la forma de la cabeza. Por medio de un aro flexible que une a las orejeras se logra la presión suficiente que debe garantizar el aislamiento. Por encima de 1000 Hz, ellos proporcionan casi la misma protección que los tapones. Con frecuencia por debajo de los 1000 Hz, las orejeras correctamente seleccionadas procuran más protección que los tapones. En frecuencias elevadas, disminuye de 30 a 35 dB el ruido, unos 5 dB más que los tapones, al menos en teoría.

 

Los cascos antirruidos son similares a las orejeras, pero cubren parte de la cabeza, además del pabellón externo del oído. Son corrientemente utilizados no sólo para la protección del oído, sino que combinan esta función con la de protección de la cabeza, contra los traumatismos y el frío. Se hacen de diferentes medidas y son los más caros. Su acción no parece mejorar la efectividad de las orejeras, por lo que su uso exclusivamente para la protección auditiva no tiene gran significación.

 

En la figura pueden observarse las características de atenuación de los distintos protectores en función de la frecuencia. Se manifiesta la ostensible diferencia que puede haber entre la atenuación teórica y la real, considerando que la atenuación real puede ser hasta un 50% y menos de la declarada. También se aprecia la potencialidad de los protectores de atenuar con mayor efectividad las altas frecuencias del rango audible, especialmente en el rango crítico para la audición que se encuentra  entre 1 y 6 kHz. ■

DECLARACIÓN DE EMISIÓN DE RUIDO

Por Luis Felipe Sexto 

Para poder llevar adelante cualquier programa de control de ruido es preciso conocer los valores de emisión de las máquinas, y si no fuera posible, una estimación razonable sería útil. En algunas legislaciones, sobre todo de países desarrollados, se contempla la Declaración de Emisión de Ruido (DER) como obligatoria para los suministradores de máquinas e instalaciones técnicas.  El comprador de una máquina puede (y debe) solicitar a los posibles suministradores, que junto a la documentación técnica, se adjunte la Declaración  de Emisión de Ruido (DER) de la máquina. Este documento es la base para el pronóstico del impacto sonoro que provocará el nuevo equipo y las medidas posibles a ejecutar, antes de que se instale. En la norma ISO 4871, se define el método para verificar los valores de emisión de ruido dados por el fabricante en la declaración. La emisión sonora declarada de una máquina puede no coincidir sensiblemente, en los lugares de trabajo, con lo declarado debido a diferencias esenciales de las condiciones de las pruebas. Aunque se plantea que los valores de emisión de ruido son características intrínsecas de cada máquina; esto sólo es verdadero, por ejemplo, para el valor de potencia sonora (L_WA) que es un sello de identidad para cada máquina; no siendo así para el valor tan común de nivel de presión sonora ponderado A (L_pA) que puede variar en función de las condiciones del ensayo.  Los niveles sonoros de inmisión en los puestos de trabajo pueden ser de 5 a 15 dBA mayores que los niveles sonoros declarados. Esto puede estar condicionado por la reverberación del recinto, condiciones de trabajo distintas a las que se realizó la declaración, existencia de otras máquinas cercanas, formas de montaje y efectividad del mantenimiento.  Lo anterior determina que sin que medie ningún cálculo o análisis de campo, se pueda afirmar que una máquina en un local de trabajo no excederá los 85 dBA, siempre que el nivel sonoro enunciado en la declaración no supere los 70 dBA.  Los datos que sean volcados en la ficha de emisión de ruido, que puede ser utilizada tanto por proveedores como por personal técnico de planta, pueden resultar prácticos para la selección y comparación de máquinas; evaluación del nivel de reducción de ruido alcanzado con alguna medida; predicción de los posibles niveles de inmisión de ruido en el local de trabajo o evaluación por el comprador de la conformidad con los niveles de ruido especificados en el contrato, la normativa o legislación aplicable.  Se ofrecen en la tabla ejemplos de rangos típicos de emisión de nivel sonoro para ayudar en la tarea de evaluar las distintas posibilidades de emisión de ruido características de diversas familias de máquinas. Documentos de la Organización Internacional de Normalización (ISO) han declarado la necesidad de trabajar en la elaboración de una base de datos internacional con los valores de ruido declarados por familias  comparables de fuentes sonoras. Rangos típicos de niveles sonoros según el tipo de máquina.

Fuente	Rango típico (dBA)@1m
Equipos neumáticos	90-115
Escapes de aire a presión	90-105
Ventiladores	80-100
Compresores	92-100
Motores eléctricos	75-100
Bombas	80-92
Máquinas herramientas	80-95
Transformadores	83-85
Turbogeneradores	95-105

TEORÍA Y REALIDAD DE UN CALZO ANTIVIBRATORIO

Por Luis Felipe Sexto y Evelio Palomino Marín

En esta oportunidad, quisiera transmitir una experiencia obtenida, en una máquina de compresión calibrada, durante la prueba estática realizada a un calzo antivibratorio.  El calzo modelo AWRS-4-1300, según el fabricante, posee una deflexión estática de una pulgada bajo la acción de 5200 libras en carga estática (o lo que es lo mismo, se comprime 25,4 milímetros  cuando sobre él actúa una carga estática de 2364 kilogramos). Posee cuatro resortes en paralelo que según catálogo deberían garantizar una rigidez total de 5200 lb/in (≈931 N/mm).   

Debido a sospechas surgidas in situ, a la hora del montaje, relacionadas con el incumplimiento de las especificaciones del catálogo y al hecho de que las espiras de los resortes se pegaron cuando se liberó la carga que debían soportar, se decide la realización de la prueba estática para salir de dudas. Tres posibilidades eran igualmente probables: o el calzo no cumplía, o la  carga actuante era superior a la estimada, o ambas razones actuaban  simultáneamente. 

   

Los resultados de la prueba aparecen en el grafico de Carga vs. Desplazamiento, donde se puede apreciar el conportamiento real del calzo. Si bien presenta linealidad para todas las cargas ensayadas (incluyendo la carga para la cual se se tocan las espiras), lo cierto es que el desplazamiento de una pulgada (25,4mm) lo alcanza cuando le faltan nada menos que 715 libras (¡325 kg!) para cumplir con las especificaciones del catalogo. Requiriendo, para la carga de 5200 lb (2364 kg), desplazarse 1,10 pulgadas (28mm). La carga máxima que soportó, hasta el contacto entre las espiras de los resortes, fue de 6336 lb (2880 kg) con un desplazamiento de 1,30 pulgadas (33 mm).

El ensayo evidenció la incongruencia entre lo que teóricamente se oferta en el catalogo y las propiedades reales del calzo. La rigidez anunciada en catalogo es de 5200 lb/in, y la real es 4728 lb/in. Normalmente, los fabricantes de calzos “protegen” su prestigio amparados en un coeficiente de seguridad que les asegure que el comportamiento del calzo será superior (o como mínimo igual) a las especificaciones con la cuales se promueve el producto. Este caso rompió la norma, pudiendo corresponder una reclamación.

 

EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO ACÚSTICO DE MÁQUINAS

 

Por Luis Felipe Sexto  

Muchas veces se escucha decir que las comparaciones no son deseables y que a veces se tornan caprichosas o fuera de lugar. Pero esto se refiere a las comparaciones entre elementos con características que quizás, por no partir de las mismas bases, no es posible equiparar efectivamente. Comparar es una herramienta del pensamiento, muy útil para llegar a conclusiones. Por ello, y apuntando directo al tema de la Nota, ¿qué criterio podemos adoptar para comparar la emisión de ruido de una máquina simple o de un grupo de máquinas diferentes de una misma familia?  Los principales descriptores de emisión sonora de una máquina son la potencia sonora ponderada A (L_WA), el nivel sonoro ponderado A (L_pA) y el nivel sonoro pico ponderado C (L_pC,peak). Los métodos para determinar los niveles sonoros de emisión están establecidos en diferentes normas internacionales. Para que los resultados de emisión de ruido entre familias de máquinas sean representativos, es preciso verificar si la muestra evaluada es suficiente para los fines de interés. Denominaremos famila de máquinas a un grupo de ellas, que posean similar diseño o sean del mismo tipo, utilizadas para cumplir idénticas funciones.   Se obtendrán las denominadas Líneas L para la comparación de los datos de emisión sonora de una máquina, familia de máquinas, grupo o subgrupo de ellas, con otros parámetros caarcterísticos de la propia máquina (por ejemplo, potencia, velocidad, dimensiones, etc).  Las Líneas L  se representan una vez se que se haya aplicado del método estadístico de regresion lineal a la muestra de datos. Siendo posible llegar a conclusiones acerca de la correlación entre el parámetro elegido de la (o las) máquina y los niveles de emisión acústica. El coeficiente de correlación se mueve entre 0 y 1 (cuando r=1 la correlación es completamente lineal, para r=0 no hay correlación).  En la figura se representa el desempeño de la emisión sonora de tres subgrupos de máquinas pertenecientes a una familia, en función de un parámetro característico. Para el ejemplo podemos suponer que se trata de subgrupos de la familia de turbomaquinarias. Donde, como parámetro no acústico, se eligió la potencia y como descriptor de la emisión de ruido, el nivel sonoro ponderado A.  Una efectiva evaluación de los datos de emisión de ruido se obtiene representando dos líneas L₁ y L_2, paralelas a la línea de regresion obtenida. Se acepta que L₁=70%-95% y L₂=10%-30% de la frecuencia acumulada de los valores de emisión sonora, según una recomendacion de la ISO 11689.  Los valores de emisión por encima de L₁ se consideraran indicativos de un desempeño acústico desfavorable. El rango entre L₁ y L₂ reflejara el desempeño promedio del grupo de máquinas analizados. Por su parte, los valores por debajo de L₂ indicarán un desempeño acústico alto dentro del subgrupo analizado.  Este procedimiento es una aplicación estadística para organizar, comparar y decidir acerca de la emisión acústica de una máquina o de un grupo de ellas. Es posible utilizarlo, igualmente, para evaluar correlaciones entre otros parámetros de máquinas, sin importar que esten relacionados o no  con los niveles de emisión sonora.

 

ENCAPSULAMIENTOS Y PANTALLAS PARA MÁQUINAS DE ALTO RUIDO

Por Luis Felipe Sexto    

Dentro de los recursos cotidianos del llamado Control Pasivo de Ruido se encuentran, entre otros, los encapsulamientos y las pantallas. En la mayoría de los ambientes industriales se emiten ruidos excesivos que comprometen directamente la salud y la seguridad del personal que labora en los puestos de trabajo. En ocasiones, también, se afecta la comunidad aledaña y la biodiversidad del entorno. Por tales razones, se impone la toma de medidas que mitiguen esta situación.   

Los encapsulamientos como su nombre indica, consisten en “encerrar” a la fuente sonora para reducir la propagación del ruido que emiten. De manera general, se consiguen reducciones entre 10 y 25 dBA para encapsulados de una sola capa con revestimiento absorbente. Es posible lograr reducciones de más de 25 dBA, para encapsulamientos con doble pared y revestimiento acústico absorbente.

  Vale agregar que la efectividad de un encapsulado, o de una pantalla, depende de la característica en frecuencias de la señal sonora. En los encapsulamientos, para evitar la propagación de vibraciones, es menester dotarlos de calzos antivibratorios en la base. Las puertas, registros y ventanas, previstas para las labores de mantenimiento deben ser hermetizadas cuidadosamente después de realizados los trabajos. La más pequeña ranura puede afectar sensiblemente el aislamiento, sobre todo si hay presencia de altas frecuencias. El ejemplo que se muestra en la figura es característico de un encerramiento con doble pared y revestimiento acústico absorbente.  

Por su parte, las pantallas acústicas, generalmente se diseñan utilizando láminas de acero, madera, vidrio o plástico. Se recomienda recubrirlas con algún material absorbente por la cara que queda hacia la fuente sonora. Normalmente, pueden obtenerse reducciones del nivel sonoro, ponderado A, de hasta 10 dBA.

  

El efecto de una pantalla es poco significativo para las frecuencias, cuya longitud de onda supere el ancho, o la altura, de la pantalla. Por tal razón, se precisa de un estudio en frecuencias antes de decidir construir un artefacto de este tipo (pese a no ser difícil su fabricación, de no considerarse lo anterior, la mitigación podría resultar despreciable). Las pantallas se emplean con preferencia en la proximidad de máquinas pequeñas cuya emisión acústica sea elevada. También, para separar en un local las áreas ruidosas del resto.

  La validez de una pantalla se condiciona en gran medida a la distancia de la fuente de ruido. La norma ISO 11821 brinda los métodos para verificar in situ la eficacia de una pantalla móvil.