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Casetas y Barreras Acusticas (MGA)
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Facultad de Arquitectura
MAESTRÌA EN IMPACTOS AMBIENTALES
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
Facultad de Arquitectura
MAESTRÌA EN IMPACTOS AMBIENTALES
Universidad de Guayaquil
Facultad de Ingeniería Química
Maestría en Gestión Ambiental
Ing. Eduardo Orcés P Maestría en Gestión Ambiental 2014
CASETAS Y BARRERAS ACÚSTICAS
1. Casetas Acústicas
Las casetas o cabinas acústicas son un método de controlar el ruido producido por una
máquina, cubriéndola en forma total ó parcial. Si la cobertura es total, la caseta puede ser
grande ó pequeña, dependiendo de si la fuente sonora ocupa una porción pequeña ó
grande del volumen cubierto. Además, se pueden usar casetas para proteger a personas
del ruido ambiental.
No se debe encapsular más de lo que sea necesario. Por ejemplo, si la fuente de ruido es
una caja de engranajes, solo ésta debe ser cubierta. Las paredes de las casetas deben ser
construidas de materiales que provean atenuación, absorción y amortiguamiento, como se
verá después. Cualquier pequeña abertura ó fisura en la estructura puede afectar
substancialmente el aislamiento acústico de la caseta. Por lo tanto, todas las posibles
aberturas que tenga la caseta deben ser cuidadosamente selladas.
Asumiremos que la máquina cubierta no ocupa más de la tercera parte del volumen total
cubierto por la caseta. Además, asumimos que en condiciones de equilibrio, toda la
potencia acústica W, generada por la fuente, es absorbida por las paredes de la caseta.
Dentro de la caseta se produce un campo reverberante, además del campo directo
producido por la fuente. El nivel de presión sonora se lo puede estimar usando la
ecuación:
dBRr
QLL wp ,
4
4log10
21
Donde el subíndice 1 se refiere a las condiciones dentro de la caseta. Esta ecuación se
debe usar a distancias mayores a ½ longitud de onda medidas desde las superficies de la
máquina ó de la caseta.
El campo sonoro exterior Lp2, cercano a las paredes externas de la caseta consta de dos
componentes. Una componente debida al campo interno reverberante y otra debido al
campo directo de la fuente.
La reducción del ruido producida por una caseta se la puede estimar por un método
energético aproximado. Considerando un pequeño volumen V cerca de las paredes de la
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caseta, tanto por dentro como por fuera de la misma, se puede calcular las
correspondientes densidades de energía.
1 = W / V , 2 = W2 / V
pero, W2 = W, 2 = 1
p22 = p1
2 Lp2 = Lp1 – TL NR = TL
Esta es una aproximación razonable. Sin embargo, hay que recordar que Lp1 es medida
con la caseta instalada. Por lo tanto, si al colocar la caseta, Lp1 aumenta, también lo hará
Lp2. Por esta razón, es más conveniente definir la pérdida por inserción (IL), la cual
compara el ruido producido con y sin la caseta instalada.
Ejercicio 1: El nivel de presión sonora dentro de una caseta acústica es 120 dB. La TL
de las paredes de la caseta es 22 dB. ¿Cuál es el nivel de presión sonora en el exterior
cerca de la pared de la caseta? Asuma un campo libre exterior, y que NR = TL. [98 dB]
Ejercicio 2: Una máquina situada en un cuarto muy grande produce una potencia
acústica de 2 W. Se colocó una caseta de 4.5 x 4.5 x 3.7 m cubriendo a la máquina. El
coeficiente promedio interno de absorción de la caseta es 0.65. Justo fuera de la caseta, el
nivel de presión sonora es 87 dB. Se encontró que dentro de la caseta el campo acústico
es casi totalmente reverberante. ¿Cuál es la reducción del ruido producida por la caseta?
¿Cuál es la pérdida por transmisión de las paredes de la caseta?
La pérdida por inserción IL, se define en un punto 3 alejado de la superficie exterior de la
caseta por:
IL = Lp3 – L’p3
Donde: Lp3 = Nivel de presión sonora sin la caseta instalada
L’p3 = Nivel de presión sonora con la caseta instalada
Rr
QLwLp
4
4log10
23
Rr
QLwpL
4
4log10
2
'
23
'
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donde: Lw = Nivel de potencia sonora de la fuente
Lw2 = Nivel de potencia sonora de la fuente cubierta con la caseta
Q = Q’ (Se asume que la caseta no afecta la directividad de la fuente
Una aproximación que se usa a menudo es asumir 1 <<1, con lo que se obtiene:
1
1log10IL
donde: 111
Los dos casos límite de la esta ecuación son:
(a) 11 , entonces IL = 0.
(b) 11 entonces IL = 10 log ( 1/ 1) = TL
El primer caso es el peor posible, y el segundo el mejor para la IL. En la práctica, se
desea mantener 1 tan cerca a 1 como sea posible, y 1 mucho menor que 1.
Ejercicio 3: El nivel de presión sonora en un punto, debido a cierta máquina, es 126 dB.
Al colocar una caseta sobre la máquina, el nivel de presión en el exterior de la caseta se
reduce a 106 dB. La pérdida por transmisión es 22 dB. ¿Cuál es el coeficiente promedio
de absorción de la caseta?
Ejercicio 4: La vista de planta muestra dos cuartos 1 y 2, los cuales tienen coeficientes
promedio de absorción de 0.1 y 0.02, respectivamente, en la banda de octavas de 1 kHz.
Además, la pared y la puerta (0.9 x 2.1 m) que separan los dos cuartos tienen pérdidas por
transmisión de 20 y 25 dB, respectivamente, en la banda de 1 kHz. La puerta fue
instalada con una rendija de 25.4 mm en su parte inferior. Una máquina, la cual genera un
nivel de potencia sonora de 125 dB en la banda de 1 kHz, está situada en el punto A del
cuarto 1, de tal manera que produce un campo sonoro virtualmente uniforme sobre la
pared de separación entre los dos cuartos. Calcule el nivel de presión sonora en el punto
B en el cuarto 2. [ 111 dB ]
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3 m
C
3 m
6 m
9 m
Ejercicio 5: Una máquina que emite 4 W de potencia acústica en la banda de octavas de
1 Khz. está cubierta por una caseta de 3 x 3 x 3 m con un coeficiente de absorción
promedio de 0.5 en la misma banda. La máquina está dentro de un cuarto de 30 x 20 m
con un tumbado de 10 m, y un coeficiente promedio de absorción de 0.2 en la banda de 1
kHz. El nivel de presión sonora a 18 m de la máquina encapsulada es 60 dB. Determine
el coeficiente promedio de transmisión en la banda de 1 kHz. [ 2.6 x 10-5
]
Ejercicio 6: Se debe diseñar una caseta acústica con una IL de 36 dB en la banda de
octavas de 2 kHz; el material utilizado tiene un coeficiente de transmisión de 0.0002 en
esta banda. Determine el coeficiente promedio de absorción requerido dentro de la caseta.
Cuarto 2
4.6 m . B
Tumbado: 3.7 m
Cuarto 1
A
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Si el cuarto donde se va a colocar la caseta acústica es muy grande en comparación con la
caseta, se puede usar el siguiente método aproximado, el cual da resultados con un
margen de precisión de unos 10 dB.
Se hacen las estimaciones solo en base a la absorción y la TL de las superficies de la
caseta. Si las paredes y techo de la caseta no existieran, su coeficiente de absorción
sería 1. Una vez colocadas las paredes y techo, su absorción promedio es 11S . Entonces,
el incremento en el nivel de presión reverberante dentro de la caseta es
11
1 log10S
AL o
p
Si la pérdida por transmisión es 1
1log10TL entonces el Lp2 fuera de la caseta es
Lp2 = Lp1 – TL.
Si las paredes se recubren con aislante, la reducción en el nivel de presión reverberante es
o
f
pA
AL log10'
.
Ejemplo: El nivel sonoro cerca de una máquina cepilladora de madera es 96 dBA en la
banda de 500 Hz. Se propone recubrirla con una caseta acústica de 16 x 32 x 12 pies de
alto. Se hará de plywood de ½” con tirantes de madera de 1.5” x 3.5”. En las paredes los
tirantes tendrán una separación de 24” entre centros. El techo se reforzará con tirantes
con separación de 12”. Habrá dos aberturas de 2’ x 3 ‘ cada una, para introducir y sacar
los tablones de madera a ser cepillados. ¿Se puede obtener 80 dBA @ 500 Hz en el
exterior cerca de la caseta? ¿Cerca de las aberturas? ¿Qué efecto tendrá un recubrimiento
de 3” de material aislante térmico?
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Caseta (12’ alto)
Salida de
16’ material
32’
Solución: Puesto que muchos detalles importantes no se consideran (ventilación,
información sobre puertas y ventanas, por ejemplo) este ejercicio solo nos da una
estimación preliminar de la solución del problema de ruido.
Calculamos las TL a 500 Hz de las paredes, techo y aberturas de la caseta.
El plywood de ½” pesa
½ pulg x 3 lb/pie2/pulg = 1.5 lb/pie
2
Asumiendo un peso de los tirantes de 1.05 lb/pie2/pie, las paredes pesarán
1.5 + (1.05/2) = 2.0 lb/pie2
y el techo pesará
1.5 + 1.05 = 2.5 lb/pie2
Siguiendo el procedimiento usual se calcula:
TL pared = 27 dB, TLtecho = 29 dB
Alimentación de material
a través de abertura 2’x3’
Cepilladora
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)500(20125121140
101210512101140log10
09.27.2
HzadBTLeq
Encontramos el incremento del nivel de presión reverberante dentro de la caseta. Para
esto calculamos la absorción con y sin caseta. Asumimos que unos 20 pies2 de piso están
cubiertos por virutas y polvo de madera.
Absorción sin caseta (500 Hz):
Área A
Piso de concreto 492 0.01 5
(menos 20 pies2)
Virutas 20 0.40 8
Paredes 1140 1 1140
Techo 512 1 512
Aberturas 12 1 12
Ao = 1677 sabinos
Absorción con caseta (500 Hz):
Área A
Piso de concreto 492 0.01 5
(menos 20 pies2)
Virutas 20 0.40 8
Paredes 1140 0.20 228
Techo 512 0.20 102
Aberturas 12 1 12
A1 = 355 sabinos
dBA
AL o
p 7355
1677log10log10
1
1 @ 500 Hz
Lp1 = 96 + 7 = 103 dBA dentro de la caseta.
Fuera de la caseta:
Lp2 = 103 – 20 = 83 dBA
no se logran 80 dBA fuera de la caseta.
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Recalculamos el incremento reverberante cuando se recubren las paredes con aislante.
Área A
Piso de concreto 492 0.01 5
(menos 20 pies2)
Virutas 20 0.40 8
Paredes 1140 0.99 1129
Techo 512 0.99 507
Aberturas 12 1 12
A1 = 1661 sabinos
dBA
AL o
p 71661
355log10log10
1
1 @ 500 Hz
Lp1 = 96 - 7 = 96 dBA dentro de la caseta con aislante
Fuera de la caseta:
Lp2 = 96 – 20 = 76 dBA
se cumple el objetivo, pero con solo un pequeño margen de seguridad (4 dBA).
Hay que realizar un análisis más detallado. Se podría mejorar la TL a través de las
paredes y el techo.
Ejercicio 7: Realice los cálculos del ejemplo anterior en la banda de 250 Hz. El nivel
sonoro en esa banda es 84 dBA. Asuma que las TL de las paredes, techo y aberturas son
21, 24 y 0. Asuma también que las no cambian.
.
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2. Barreras Acústicas
Las barreras acústicas se interponen entre una fuente sonora y un receptor, con el objeto
de disminuir el sonido directo recibido por el receptor, produciendo una “zona de
“sombra” en el lado del receptor.
Las barreras son más efectivas en exteriores, pero si se colocan dentro de un cuarto, se
pueden recubrir con material absorbente para incrementar la absorción total del cuarto.
Las barreras constituyen una especie de cubierta parcial de la fuente que reduce el sonido
dirigido en una sola dirección. Para barreras de material no-poroso, con suficiente
densidad superficial, el sonido que llega al receptor es debido a la difracción del sonido
alrededor de los bordes de la barrera. Debido a las limitaciones impuestas por la
difracción, no se acostumbra a usar barreras muy pesadas, solo se requiere que la TL del
material sea siquiera 5 dB mayor que la atenuación producida por la barrera (masa entre
10 y 20 kg/m2).
La atenuación producida por la barrera disminuye con la distancia, y también puede ser
afectada, si está colocada en exteriores, por la velocidad del viento y por gradientes de
temperatura, pues ambos producen refracción del sonido.
2.1 Barrera colocada en el exterior
Para una barrera de longitud infinita colocada en un campo libre, se puede utilizar la
fórmula de Maekawa.
52tanh
2log20
N
NIL , dB
2
)(2
dBAN
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Donde IL es la atenuación producida por la barrera, en dB, N es el número de Fresnel, y
la longitud de onda del sonido.
A B
Fuente d Receptor
A + B es la longitud de la trayectoria más corta alrededor de la barrera.
d es la distancia directa de la fuente al receptor.
Normalmente hay que considerar también las trayectorias difractadas alrededor de los
bordes laterales de la barrera y las trayectorias reflejadas del suelo. Sin embargo, si la
barrera es larga (longitud 4 veces la altura) y el suelo es absorbente (hierba, por
ejemplo), estos efectos son menores.
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Uso de barreras cerca de carreteras. (Medición de L10, dBA; carretera de 4 carriles con
tráfico de 5000 vehículos por hora a 85 km/h y 5% son camiones)
Ejemplo: Un vecino de una planta industrial se ha quejado del ruido producido por una
descarga de aire de un ventilador en el techo de la planta. Se han hecho mediciones en el
exterior de la ventana del dormitorio del vecino, y efectivamente se requiere las
siguientes reducciones de ruido para cumplir con las ordenanzas:
Frecuencia, Hz
125 250 500 1000
Reducción de ruido, dB 5 11 8 3
Se ha propuesto mover la descarga al lado opuesto de un tragaluz alto que existe en el
techo. ¿Será esto suficiente? ¿Qué ocurre con los efectos de directividad de la fuente?
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20’ 100’ 10’
Posición propuesta Descarga ruidosa
23’
13’
Solución:
a) Moviendo la descarga a la nueva posición aumenta la distancia de 100 pies a 120
pies. La atenuación adicional será:
Adist = 20 log (d /do) = 20 log (120/100) = 2 dB
b) La altura del tragaluz hará que éste actúe como una barrera.
piesA 18.11)2328(10 22 , piesd 42.120)1323(120 22
piesB 02.111)1328(110 22
= A + B – d = 1.78 pies , = c / f = (1130 p/s) / f
N = 2 / = f / 565
Frecuencia, Hz
125 250 500 1000
N 0.394 0.788 1.575 3.150
N2 1.573 2.225 3.146 4.449
tanh N2 0.9175 0.9769 0.9963 0.9997
ILbarrera 10 12 15 18
Adistancia 2 2 2 2
NRcalculada 12 14 17 20
NRrequerida 5 11 8 3
___________________________________________________
28’
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El efecto de la barrera permite cumplir con la ordenanza en todas las bandas de
frecuencia, pero especialmente a las frecuencias superiores, como era de esperarse.
c) La forma de la fuente sonora parece sugerir que es altamente direccional entre su parte
frontal y su parte posterior. (Esto habría que medirlo). Si se le da la vuelta al ducto de
descarga en su posición actual, hay que considerar su cercanía al tragaluz, lo cual también
produce un efecto direccional.
Si se le da la vuelta al ducto, y se lo coloca atrás del tragaluz, la atenuación debe mejorar.
Ejercicio 8: Una barrera colocada en exteriores tiene una altura de 15’, y está hecha de
ladrillos huecos. La fuente se encuentra a 25’ de la barrera y el receptor a 80’ de la
barrera. La fuente emite en forma isotrópica una potencia acústica de 3 W a una
frecuencia de 1 kHz. Determine el nivel de presión sonora en el receptor si la velocidad
del sonido es 1128 pies/s.
Ejercicio 9: La descarga de un ventilador industrial se encuentra sobre un techo
perfectamente plano y a la misma altura de una ventana de un dormitorio de una
residencia, la cual se encuentra a 88’ de distancia. La ordenanza requiere que no se
exceda 50 dBA en la ventana en la noche. Puesto que el ventilador debe funcionar en la
noche, se ha propuesto construir una barrera como se muestra en la figura.
8’ 10’ 20’
5’
80’
Ventana
10’
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Los siguientes datos han sido tomados en la ventana en una noche clara y sin viento, con
el ventilador en funcionamiento.
Frecuencia, Hz
63 125 250 500 1000 2000 4000
Lp (dB) 55 62 65 59 51 46 42
¿Se cumplirá con los requisitos de la ordenanza? (Recuerde tomar en cuenta las
trayectorias difractadas laterales además de la superior).
(Nota: Las atenuaciones producidas por las diferentes trayectorias difractadas se suman
logarítmicamente pero como números negativos).
Ejercicio 10: Inicialmente, el Lp en un punto de observación es debido al sonido directo
que llega de una fuente y al reflejado del suelo. Asuma que la trayectoria reflejada sufre
una atenuación de 5 dB. Si se introduce una barrera muy larga, se crean 4 trayectorias,
con atenuaciones respectivas de 4, 6, 7, y 10 dB. Calcule la IL de la barrera. [1.4 dB]
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