Ruido

G U A D E A P L I C A C I N E I N S T A L A C I N

RUIDO

G3600 G3500 G3400 G3300

3600 3500 3412E 3400 3126B

C18 C-16 C-15 C15 C13 C-12 C11 C-10

C9 C-9 C7

Contenido Ruido ................................................................................................. 1

Sonido............................................................................................ 2

Ondas sonoras y mediciones.................................................... 3

Amplitud y frecuencia ........................................................... 4

Nivel de presin acstica...................................................... 4

Redes de compensacin ...................................................... 5

Niveles de banda de octava ................................................. 5

Potencia acstica ................................................................. 6

Adicin de sonido ................................................................. 7

Conversiones de la presin y la potencia acsticas.................. 8

Ruido ............................................................................................. 9

Especificaciones de niveles de ruido de Caterpillar..................... 10

Campo libre ........................................................................ 10

Niveles de presin acstica (LP)

Mecnico o de sistemas de admisin y escape............. 10

Mediciones ......................................................................... 10

Instalaciones del motor ................................................................. 11 Estrategia tpicas de diseo......................................................... 12

Consideraciones ..................................................................... 12

Modelo de la fuente/trayectoria/receptor................................. 13

Instalacin de motores grandes................................................... 14

Criterios del sitio...................................................................... 15

Control de ruido.............................................................................. 17Control del ruido propagado por el aire ....................................... 18

Ruido de origen mecnico ...................................................... 19

Ruido del sistema de admisin ............................................... 21

Ruido del sistema de escape .................................................. 21

Silenciadores........................................................................... 21

Disipadores......................................................................... 21

Reactivos............................................................................ 21

Tratamiento para la absorcin del sonido ............................... 22

Barreras y contenedores......................................................... 23

Control del ruido propagado por estructuras slidas ................... 25

Cimentacin ............................................................................ 25

Sistema de aislamiento simple................................................ 26

Sistema de aislamiento compuesto......................................... 28

Comparacin de los sistemas de aislamiento ......................... 29

Prlogo Esta seccin de la Gua de Aplicacin e Instalacin describe el ruido, sus

causas y las correcciones sugeridas para los motores Caterpillar mencionados en la portada. Los sistemas de motores, componentes y dinmicas adicionales se presentan en otras secciones de esta Gua de Aplicacin e Instalacin.

Los datos y la informacin especfica del motor estn disponibles en un amplio nmero de fuentes. Consulte la seccin Introduccin de esta gua para obtener referencias adicionales.

Los sistemas y los componentes descritos en esta gua pueden no estar disponibles o no aplicarse a todos los motores.

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Gua de Aplicacin e Instalacin Ruido

Ruido La reduccin del ruido ambiente se considera actualmente una prioridad

mundial. Este hecho se evidencia en la imposicin de normas que obligan a los fabricantes y proveedores a producir maquinara que no genere niveles de ruido que causen prdida de la audicin.

Caterpillar ha jugado un papel fundamental en el rea del control del ruido de los motores y de las instalaciones de motor. Este esfuerzo lleva ya varios aos y contina, actualmente, para beneficiar a los usuarios y a las comunidades que usan los motores.

El objetivo de esta gua es proporcionar la mayor comprensin posible acerca del ruido y de su control.

Esto se logra mediante tres reas principales: Revisin de la teora y de la terminologa bsica del ruido. Definicin de las fuentes relacionadas con el ruido del motor. Descripcin apropiada de los mtodos de control del ruido.

CONTENIDO DE LAS SECCIONES

Sonido ..................................... 2 Ondas sonoras y mediciones Conversiones de la potencia y

presin acsticas

Ruido ....................................... 9 Peligros Lmites de OSHA

Datos del ruido de Caterpillar................................................10 Campo libre Nivel de presin acstica Mediciones

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Ruido Gua de Aplicacin e Instalacin

SonidoEl ruido es sonido, especficamente,

cualquier sonido indeseado. Cualquier enfoque acerca de la reduccin o del control del ruido es, esencialmente, control del sonido. Para describir qu es el ruido, debemos entender primero qu es el sonido.

El sonido es una presin que hace que la membrana del odo vibre. Los sonidos comienzan como una vibracin similar al repique de una campana. Cuando la campana vibra, altera el aire alrededor de la campana. Esta alteracin se transmite a travs del aire y la percibe el odo. El cerebro interpreta la fluctuacin de presin como un sonido.

Otros trminos para describir la presin acstica son: nivel de sonido, intensidad, potencia, amplitud y sonoridad.

La presin ms sutil que el odo humano puede detectar se expresa en varios trminos:

20 Pa (micropascal) 1 presin atmosfrica 1 bar 100 kPa 14.5 lb/pulg2 Umbral de audicin 0 dB (decibeles)

El odo puede tambin tolerar presiones un milln de veces ms altas. Esta amplia gama, no lineal, requiere una escala logartmica para medir la presin acstica. La escala se divide en unidades llamadas decibeles (dB). Un decibel es la medida relativa de la amplitud del sonido. La figura No. 1 ilustra la presin del sonido en

dB y lb/pulg2, para algunos de los sonidos ms comunes.

Figura No. 1

Es importante entender que un aumento de 10 unidades en cualquier punto de la escala en decibeles no es un sonido un poco ms alto, sino 10 veces ms fuerte, o tiene 10 veces ms presin que la del valor inicial.

Adems, el sonido que llega al odo, al no ser no lineal es susceptible a cambios de frecuencia.

La frecuencia del sonido hace referencia a la rapidez o a los ciclos de una oscilacin por unidad de tiempo. La unidad estndar de medida de la frecuencia es el hertz (Hz). Un hertz es igual a un ciclo por segundo. Los hertz, referidos como tono, son sonidos de oscilacin rpida con un

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tono ms alto que los de oscilacin baja.

La susceptibilidad a los cambios de frecuencia se ilustra en la figura No. 2. La grfica muestra tres sonidos de igual sonoridad. Observe que las frecuencias ms bajas deben producirse en los niveles de decibeles ms altos, para que sean escuchados al mismo tiempo con las frecuencias ms altas. En general, los sonidos ms fciles de or son los que tienen frecuencias en la gama de 5.000 Hz a 10.000 Hz; los sonidos con muy bajas frecuencias son los ms difciles de or.

Sonidos de igual sonoridad

Ondas sonoras y mediciones Cuando las ondas sonoras se

transmiten desde una fuente, su intensidad disminuye a medida que la distancia aumenta.

La regla para este fenmeno se aplica slo si la primera medicin se toma desde la fuente a una distancia igual a la dimensin ms grande de la fuente. Vea la figura No. 3. Por

ejemplo, la primera lectura de sonido de una instalacin cuya dimensin ms grande es X, podra tomarse a una distancia X de la fuente de ruido.

Figura No. 3

En este punto, se aplica la siguiente regla:

Si se dobla la distancia desde el primer punto de medicin, se reduce la intensidad del sonido en 3 dB.

La siguiente tabla muestra esta relacin de otra forma.

Distancia Intensidad

x 120 2x 117 4x 114

Figura No. 2 El sonido normalmente es

direccional, lo que significa que el sonido tiende a moverse ms en una direccin que en otra. El sonido de alta frecuencia es ms direccional que el de baja frecuencia.

El contorno de la onda del sonido puede ser complejo, como se muestra en la figura No. 4. Midiendo el nivel de presin acstica alrededor del motor, podemos determinar el contorno de la onda de sonido.



No slo la fuente del sonido determina su direccin, sino tambin cualquier clase de superficie reflectiva ubicada en el rea del motor; por ejemplo, el piso, las paredes o el techo.

Contorno de la onda de sonido

Amplitud y frecuencia La amplitud y la frecuencia son las

nicas propiedades del sonido que pueden medirse usando tcnicas corrientes.

Los micrfonos producen un voltaje proporcional a las ondas sonoras que actan sobre ellos. Los voltajes indican la amplitud o la intensidad de las ondas de presin acstica. El nmero de ondas, o ciclos, en un tiempo, indica la frecuencia. Nivel de presin acstica

El nivel de presin acstica (SPL) es una medida de la energa de un sonido especfico en relacin con un sonido de referencia. En la mayora de los casos, el SPL se expresa en decibeles y se compara con el valor estandarizado de 20 Pa (micropascales) o de 2 x 10-4 microbars, que es igual a 0 dB.

El nivel de presin acstica (SPL), en decibeles equivale a:

Presin medida 20 Log10 x Presin de referencia

La relacin entre Pa y dB es tal que

la multiplicacin de la presin acstica (Pa) por 10 aadir 20 dB al nivel de dB.

Debido a su naturaleza logartmica, las diferencias en dos clasificaciones de decibeles indicar la relacin de la intensidad de la onda entre dos niveles de sonido medidos.

Aunque la lectura en una escala no lineal puede resultar difcil, es til una vez se aprenden las siguientes relaciones:

Figura No. 4 Diferencia en dos

niveles de seales

Relacin del nivel de presin

1 1,12 a 1 3 1,41 a 1 6 2,00 a 1 10 3,16 a 1 12* 4,00 a 1 20 10,00 a 1 40 100,00 a 1

* Ilustrado en la figura No. 5.

Figura No. 5



Redes de compensacin Debido a que el sonido percibido por

el odo humano no es lineal y es ms susceptible a las altas frecuencias que a las bajas, las mediciones se ajustan o se compensan para que correspondan a la sensibilidad del odo.

La presin se mide filtrando la seal de micrfono, para reducir la intensidad de las seales de frecuencia bajas y compensar las frecuencias en la gama de 5.000 Hz a 10.000 Hz, para imitar la respuesta del odo humano.

La seal desde el micrfono de medicin pasa luego a un amplificador y a un atenuador calibrado en decibeles.

Luego, la seal pasa a una de las cuatro redes de compensacin, conocidas como A, B, C y D. Cada red modifica, o filtra, segn el caso, la seal de entrada.

Generalmente, la red de compensacin ms usada es A, tambin conocida como dBA o dB(A) (escala A). Las caractersticas de la red de compensacin "A" se muestran en la figura No. 6.

Caractersticas de la respuesta de un filtro de red de compensacin

A

Figura No. 6

Niveles de banda de octava El uso de los niveles de banda de

octava proporciona informacin ms detallada acerca de la distribucin de frecuencia de un sonido.

Las mediciones se realizan con sonidos subdivididos en filtros sobre la gama total audible en bandas de frecuencia estandarizada, lo cual permite nicamente los niveles de presin del sonido dentro de lo cuales se va a medir cada subdivisin. Cada filtro abarca una octava. La figura No. 7 muestra los niveles de banda de octava desde 63 Hz hasta 8.000 Hz.



Bandas de octava estndar (estndar ANSI S1.11 IEC 225)

Potencia acstica Cuando se combina el efecto de

varias fuentes de ruido a una distancia dada de la maquinaria, la potencia acstica transmitida es ms til que la presin acstica a esa distancia. Sin embargo, la potencia acstica no puede medirse directamente. Para calcular la potencia acstica, se toma un promedio de lecturas de presin acstica sobre una superficie hemisfrica fija. La confusin surge cuando se usa una escala de decibeles para estimar la potencia y la presin acsticas.

Adems, la potencia acstica es una constante, independiente de la distancia, mientras que la presin acstica depende de la distancia. Una situacin similar se presenta con una bombilla: el vatiaje (potencia) es una constante, mientras que la intensidad (presin) vara con la distancia.

Con la potencia acstica, 80 dB expresan una radiacin acstica de 0,0003 vatios. En esta escala, una diferencia de 3 dB es una relacin de 2:1 y una de 10 dB es de 10:1.

La tabla de la figura No. 8 ilustra las diferencias en decibeles y las relaciones en la presin y potencia acsticas. La potencia acstica en decibeles es una medida de la radiacin acstica total desde la unidad, mientras que la presin acstica, expresada tambin en decibeles, es la intensidad de una onda sonora despus de viajar una distancia especfica desde la unidad.

Las dos escalas de decibeles estn relacionadas, a pesar de las diferencias mencionadas. El cambio en una de las escalas producir el mismo cambio numrico en la otra.

Figura No. 7

Por ejemplo, si la potencia acstica de un motor se incrementa en 10 dB, la presin acstica de ese ruido en cualquier punto dado tambin se incrementara en 10 dB.

Figura No. 8



Adicin de sonido El sonido de mltiples fuentes tendr

un efecto aditivo sobre la totalidad del nivel de sonido percibido por el odo humano.

Por ejemplo, cuando un motor est en servicio, el sonido que se percibe de otros motores que operen en la misma rea aumentar, pero la cantidad percibida de ese aumento depender del espacio que haya entre los motores y de donde la persona est con relacin a ellos.

Adems, debe observarse que la totalidad de los niveles de sonido en dB(A) no puede determinarse por simple suma. Debe sumarse la energa acstica. Este procedimiento se realiza tomando el logaritmo de la suma algebraica de las potencias acsticas. Por lo tanto, la suma de los niveles dB(A) requiere cierta manipulacin logartmica, la determinacin de sus antilogaritmos, luego su suma y, finalmente, el clculo del logaritmo del total.

La figura No. 9 muestra el efecto combinado de hasta 10 fuentes de sonido iguales. Como se muestra en la grfica, dos motores produciendo individualmente 100 dB(A), produciran efectivamente 103 dB(A) cuando operan juntos.

Adicin de sonidos iguales

Figura No. 9 La figura No. 10 ilustra el efecto

combinado de dos fuentes sonoras no iguales.

Por ejemplo, la combinacin de una fuente sonora de 100 db(A) y una fuente sonora de 106 dB, dara como resultado un nivel de sonido de 107 dB. Para agregar una tercera fuente sonora, se usa el mismo proceso para combinarlo con el total de las dos primeras fuentes.

Adicin de sonidos no iguales

Figura No. 10



Conversiones de la presin y la potencia acsticas

La informacin del nivel de sonido se presenta en trminos de nivel de potencia acstica, LW (dB(A)), y nivel de presin acstica, LP (dB(A)). LW es el total de la potencia acstica irradiada desde una fuente y su magnitud es independiente de la distancia a la fuente. La comparacin de la sonoridad relativa entre motores es, simplemente, una comparacin de sus niveles de potencia acsticos en condiciones equivalentes de operacin.

Nota: Algunas Hojas de Especificaciones Tcnicas de Caterpillar se refieren al nivel de potencia acstica como SWL y al nivel de presin acstica como SPL. Estos trminos son equivalentes a los trminos LW y LP usados en esta seccin de la gua.

Cuando se conoce el nivel de potencia acstica (LW) puede calcularse el nivel de presin acstica (LP) desde cualquier distancia de una fuente puntual (como un ruido del sistema de escape).

La ecuacin para determinar el nivel de presin acstica a partir del ruido de escape, sin correcciones por temperatura y presin del ambiente, es:

LP en dB(A) = LW en dB(A) - 10 Log10 (CD2)

Donde: C = 2 para una fuente de escape

adyacente a una superficie plana, como un tubo de escape horizontal adyacente a un techo plano.

o C = 4 Para una fuente de escape a

alguna distancia de las

superficies circundantes, como un tubo de escape vertical a alguna distancia arriba en el techo.

D = Distancia desde la fuente de ruido de escape (m)

Cuando C = 4 LP = LW - 20 Log10 D - 11

La medicin de LP requiere solamente un medidor de nivel de sonido simple. Sin embargo, esta medicin es la suma de las ondas sonoras que llegan desde cualquier direccin. La medicin depende de las caractersticas acsticas del medio ambiente y vara con la posicin relativa a la fuente de ruido. LP no puede usarse para describir la intensidad de una fuente de ruido, si no se especifican la posicin relativa y las propiedades acsticas del cuarto en los alrededores de la prueba. Una desventaja es que la conversin del nivel de presin acstica es vlida slo para una fuente puntual. La conversin no puede usarse para el ruido de origen mecnico, debido a que la fuente (motor total) es bastante grande.

Si se conoce el nivel de presin acstica de una fuente puntual a alguna distancia, puede calcularse el nivel de presin acstica en otra distancia, usando la siguiente frmula:

LP2 = LP1 20 x Log10 (D2D1)

Donde: LP1= Nivel de presin acstica

conocida dB(A) LP2= Nivel de presin acstica

deseada dB(A) D1= Distancia conocida, m (pies) D2= Distancia deseada, m (pies)



Ruido El ruido, o sonido no deseado,

puede dificultar la comunicacin verbal y producir efectos psicolgicos adversos. Incluso, el ruido excesivo puede causar daos fsicos.

Los efectos psicolgicos incluyen la irritabilidad, la ansiedad y la dificultad para concentrarse.

El impacto del ruido de carcter fisiolgico puede incluir la prdida de la audicin en el corto o largo plazo y dolores de cabeza. La prdida de audicin a causa de la exposicin al ruido es sensible a los cambios de frecuencia.

Como se mencion antes, la exposicin al ruido excesivo puede causar dao permanente en el odo y, en consecuencia, afectar de manera negativa el bienestar y la eficiencia en el trabajo. Reconociendo esta problemtica, el Gobierno de los Estados Unidos cre el Acta de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA, por sus siglas en ingls), entidad que establece lmites de ruido en los ambientes industriales.

Cuando la exposicin diaria de un individuo al ruido, designada como

D(8), se compone de dos o ms perodos de ruido con diferentes niveles, el efecto combinado se calcula mediante la siguiente frmula:

D(8) = (C1/T1) + (C2/T2) + ... + (CN/TN).

Donde: CN= Duracin a la exposicin a un

nivel de sonido especfico TN= Tiempo total de exposicin

permitido a un nivel de sonido especfico (consulte la siguiente tabla)

La exposicin al ruido es aceptable cuando D(8) es igual o menor que 1.

Duracin a

la exposicin diaria (horas)

Niveles permitidos dB(A)

8 906 92 4 95 3 97 2 100

1,5 102 1 105

0,5 110 0,25 115



Especificaciones de niveles de ruido de Caterpillar Caterpillar proporciona

especificaciones de niveles de ruido (LP) para los motores de diferentes clasificaciones. Los niveles de ruido son: Campo libre

El campo libre significa que es 100% un rea abierta sin reflexiones acsticas u otros factores modificadores. Es importante tener en cuenta que la mayora de los motores o grupos electrgenos instalados en un edificio, embarcacin u otra ubicacin, en donde el sonido se refleja en las superficies circundantes, tendr medidas de niveles de sonido en el sitio ms altas que los niveles de ruido en campo libre publicados. Nivel de presin acstica (LP) - mecnico o de sistemas de admisin y escape

El nivel de presin acstica se presenta con dos ttulos principales: mecnico y del sistema de escape.

Mecnico Los datos de los niveles de presin

acstica se obtienen operando el motor en un campo libre abierto y registrando los niveles de presin acstica desde una distancia determinada. Los datos se registran aislando la fuente de sonido del sistema de escape. Sistema de admisin y escape

Los datos de los niveles de presin acstica se registran aislando la fuente de sonido de origen mecnico. Mediciones

Todas las mediciones se aplican en configuraciones sin ventilador del radiador.



Instalaciones del motor Algunas instalaciones requieren muy poca atenuacin del ruido, por ejemplo,

en una ubicacin remota alejada del personal. Por otra parte, las instalaciones muy susceptibles requieren tener muy en cuenta la atenuacin del ruido. Debido a la variedad de criterios de ruido que pueden aplicarse a un determinado sitio, es imposible proporcionar una descripcin de las medidas de reduccin que cumplan con los criterios en todos los sitios. La descripcin de estas medidas es responsabilidad del diseador de las instalaciones, para garantizar que se cumplen los criterios especficos del sitio.

Es muy recomendable que el experto en control de ruido se involucre desde el comienzo en los procesos de diseo de las instalaciones, si la unidad del motor va a instalarse en un edificio o rea sensible al ruido. Muchos enfoques tradicionales son relativamente ineficaces para los motores de combustin interna que producen altos niveles de ruido de baja frecuencia. Todos los aspectos del diseo de las instalaciones deben revisarse, con especial nfasis en las caractersticas de atenuacin de la frecuencia baja, con el fin de cumplir con los criterios del sitio.

Esta seccin proporciona informacin para disear las instalaciones de las unidades de motores grandes Caterpillar, con el fin de cumplir con los criterios de ruido del sitio. Las unidades de motores grandes incluyen un motor y alguna pieza de equipo impulsado, como un generador o un compresor. Se proporcionan las guas para el diseo de la instalacin, con informacin sobre el uso de las especificaciones de ruido de las unidades Caterpillar.

CONTENIDOS DE LA SECCIN

Estrategias tpicas de diseo12 Consideraciones Modelo de

fuente/trayectoria/receptor

Instalacin de motores grandes..................................14 Criterios del sitio



Estrategias tpicas de diseoConsideraciones

Las consideraciones tpicas para el diseo de la instalacin de un motor son:

Reconocer los requerimientos especiales de las instalaciones del motor. El primer paso es reconocer las caractersticas especiales del ruido en las instalaciones del motor. Se revisan las posibles fuentes, las trayectorias y los receptores del ruido de los motores grandes.

Identificar los criterios de ruido del sitio, por ejemplo, la instalacin est en un rea remota o poblada?, est dentro de un edificio susceptible al ruido (por ejemplo, un laboratorio o un hospital)?, qu regulaciones, normas o restricciones se aplican para el ruido? Los criterios del ruido forman parte esencial de los objetivos del diseo. Debido a que los criterios varan de sitio a sitio, esta gua no identifica todos los criterios que se aplican para un sitio en particular. Sin embargo, se proporcionan algunas pautas para los criterios del ruido del sitio.

Obtener las especificaciones de ruido de la unidad de motor. Las especificaciones de ruido suministradas por Caterpillar estn disponibles en el Technical Marketing Information (TMI). Nota: Las especificaciones de ruido son de campo libre y debe tenerse en cuenta el efecto de las estructuras, paredes y contenedores. El ingeniero de diseo acstico necesitar tener en cuenta estos datos.

Identificar y seleccionar las medidas apropiadas de atenuacin del ruido. Se proporcionan las guas para la atenuacin del ruido relacionadas con el equipo comercial disponible y de la construccin de las instalaciones.



Modelo de la fuente/trayectoria/receptor

Para tener una comprensin bsica del problema, resulta til un modelo simple de la fuente/trayectoria/ receptor en los programas de control del ruido. Este modelo se ilustra en la figura No. 11.

Las siguientes son algunas observaciones generales, relacionadas con este modelo simple.

Las fuentes, generalmente, emiten ruido propagado por el aire y ruido propagado por una estructura slida (comnmente conocida como vibracin). Cada forma de ruido puede terminar en un ruido indeseado por el receptor, que se propaga por el aire, lo que se considera la preocupacin ms importante.

El ruido generalmente viaja desde una fuente hasta el receptor a lo largo de varias trayectorias simultneamente. Se puede tratar cada trayectoria de ruido importante con el fin de reducir de manera exitosa los niveles de ruido para el receptor. Podramos compararlo con los interruptores elctricos en paralelo. Todos los interruptores pueden abrirse para detener el flujo de corriente.

Una trayectoria puede involucrar una serie de elementos estructurales o acsticos. Cualquier elemento de la trayectoria puede controlarse con el fin de atenuar el ruido a lo largo de sta. Podramos compararlo con los interruptores elctricos en serie, en los cuales cualquier interruptor abierto puede detener el flujo de corriente.

Es esencial identificar los receptores y determinar los lmites de ruido aplicables. Esto determina la atenuacin requerida en cada trayectoria.

Figura No. 11

Las fuentes, las trayectorias y los receptores del ruido tienen propiedades de respuesta dependientes de la frecuencia. Las fuentes como motores grandes de combustin interna comnmente emiten ruidos de amplitud alta y de baja frecuencia, mientras que la mayora de atenuadores de trayectoria (por ejemplo, paredes o silenciadores) son ms eficaces con las frecuencias altas que con las bajas. Finalmente, los receptores, como las estructuras de los edificios o el odo humano, son ms sensibles a algunas frecuencias que a otras.

Por lo general, el papel del diseador de las instalaciones es controlar las trayectorias del ruido, debido a que generalmente la fuente no puede alterarse y las restricciones de ruido sobre el receptor con frecuencia son fijas.



Instalacin de motores grandes Para los propsitos de diseo de las

instalaciones, las unidades de motores grandes pueden estar formadas por un nmero de diferentes subfuentes, cada una teniendo una o ms trayectorias diferentes para los posibles receptores, como se muestra en la figura No. 12. Esta ilustracin se refiere al ruido externo, pero el ambiente externo de este problema puede ser tambin un espacio interior en otra parte de las instalaciones. Esta situacin permite el estudio de algunos conceptos importantes del problema del ruido.

El ruido de origen mecnico propagado por el aire (1), (4) y (5) se irradia desde la unidad del motor, donde algunas superficies irradian ms ruido que otras. Los receptores del ruido de origen mecnico propagado por el aire pueden estar en el mismo cuarto de la unidad, como podra ser, un operador, una persona

que est afuera del cuarto del motor, o cualquier persona en el edificio o un residente. Las trayectorias del ruido de los receptores que estn afuera del cuarto incluyen paredes, techos, tneles y conductos del sistema de ventilacin.

El medio ambiente acstico dentro del cuarto consta de un campo de sonido directo, que es el sonido irradiado en lnea recta desde la fuente hasta el receptor, y de un campo de sonido reverberante, que es el sonido reflejado desde los lmites del cuarto.

El campo de sonido reverberante se ve afectado principalmente por la acstica del espacio del cuarto y por las propiedades absorbentes de sonido en los lmites de ste. Sin embargo, el campo de sonido directo es independiente de la acstica del cuarto.

Unidad de motor grande, diseada como subfuentes

Figura No. 12



Los ruidos del sistema de admisin y

escape (2) y (3) son tambin componentes propagados por el aire y, generalmente, fuentes de ruido significativo en los motores grandes de combustin interna. Adems de la transmisin del ruido propagado por el aire a lo largo de la tubera de admisin y escape, el ruido puede irradiarse desde la tubera o desde las estructuras conectadas.

El ruido propagado por las estructuras slidas (6) se emite desde la fuente y se propaga a travs de estructuras conectadas a las superficies que irradian el sonido propagado por el aire. En el caso de la unidad de motor, el ruido propagado por las estructuras slidas se transmite primero a travs de las monturas de resorte a la cimentacin. Luego, la energa acstica puede pasar a la estructura del edificio, bien sea directamente, si la cimentacin descansa sobre la estructura del edificio, o a travs de material elstico transversal o del suelo, si la base est aislada de la estructura del edificio. En este punto, la energa propagada por la estructura se irradia como ruido propagado por el aire.

Criterio del sitio El criterio del sitio determina las

medidas y los tratamientos de control del ruido requeridos en una instalacin dada. El criterio puede definirse por ley o por estndares de aceptabilidad.

Generalmente, para las unidades de motores grandes, el criterio se relaciona con el bienestar de las personas expuestas al ruido. Estos motores pueden estar en reas

residenciales cercanas o en espacios ocupados en otros lugares de las instalaciones. Sin embargo, el criterio tambin puede enfocarse en los asuntos de seguridad, ya sea la proteccin de la audicin de las personas o la proteccin de los equipos por la vibracin.

Es fundamental garantizar que se defina el criterio del sitio antes del diseo de las instalaciones. Si no es as, pueden resultar costos altos innecesarios, si se especifican equipos excesivos de reduccin de ruido o si se tiene que reconstruir parte de las instalaciones con el fin de cumplir con el criterio del sitio. La clave es determinar los requerimientos del sitio y llevar el diseo hacia ese objetivo.

Debido a la amplia variacin en la forma y en el nivel de restricciones, as como en las normas aplicables mundialmente, es imposible en este documento proporcionar una cobertura detallada de todas estas reas. Es responsabilidad del diseador de las instalaciones identificar el criterio que se aplica para la instalacin particular. Las instalaciones deben cumplir con las regulaciones para el sitio de la instalacin y, deliberadamente, con los criterios y directrices relacionadas con la seguridad y el bienestar de los receptores. Las instalaciones diseadas en forma deficiente slo para cumplir con las regulaciones locales, que hacen caso omiso de las normas de bienestar y seguridad para los residentes, pueden convertirse en foco de quejas de la comunidad.



Control del ruido Las instalaciones diseadas apropiadamente proporcionan una atenuacin

adecuada de todas las posibles trayectorias del ruido, con el fin de cumplir con el criterio de ruido del sitio. A travs de esta gua hemos mostrado la importancia que tiene prestar atencin al ruido propagado por el aire y al generado por las estructuras slidas. Cualquiera de estas dos formas de ruido puede terminar en ruido excesivo propagado por el aire, ya sea dentro de las instalaciones o en el medio ambiente exterior. Las siguientes secciones buscan proporcionar algunas pautas y las precauciones bsicas relacionadas con el diseo de las instalaciones para el control del ruido.

CONTENIDOS DE LAS SECCIONES

Control del ruido propagado por el aire .............................. 18 Ruido de origen mecnico Ruido del sistema de

admisin Ruido del sistema de escape Silenciadores Tratamientos de absorcin del

sonido Barreras y contenedores

Control del ruido propagado por una estructura slida.....24 Cimentacin Sistema de aislamiento

simple Sistema de aislamiento

compuesto Comparacin de los sistemas

de aislamiento



Control del ruido propagado por el aire

Criterios de ruido

Bandas de octava en ciclos por segundo 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Zona residencial y hospitalaria altamente crtica 71 63 44 37 35 34 33 33 33

Zona residencial, noche 73 69 52 44 39 38 38 38 38 Zona residencial, da 76 71 59 50 44 43 43 43 43 Zona comercial 81 75 65 58 54 50 47 44 43 Zona industrial - comercial 81 77 71 64 60 58 56 55 54 Zona industrial 87 85 81 75 71 70 68 66 66 Riesgo de dao para el odo 112 108 100 95 94 94 94 94 94

El control del ruido propagado por el aire es un rea simple y bien desarrollada, comparado con el control del ruido propagado por estructuras slidas. Hay disponible informacin amplia sobre las propiedades de la transmisin y absorcin del sonido de los materiales comunes de construccin, y existen procedimientos probados y aceptados para la aplicacin de esta informacin.

Sin embargo, es importante reconocer que mucha de la informacin y de los procedimientos convencionales se desarrollaron en el ruido de frecuencia alta y, en consecuencia, no resultan apropiados en unidades de motor que producen principalmente energa acstica de frecuencia baja. Por ejemplo, resonancias acsticas y estructurales (condiciones de rigidez dinmica mnimas) pueden coincidir con componentes de frecuencia de tono puro del ruido del motor, lo cual resulta en una transferencia de energa muy eficaz. La acstica de los edificios convencionales se basa en descripciones estadsticas del ruido y,

por lo tanto, no tiene en cuenta los efectos de la resonancia.

En algunas instalaciones, el ruido propagado por el aire debe controlarse en varios puntos del receptor: dentro del cuarto del motor, en otros cuartos del edificio y fuera de ste. Un buen diseo de las instalaciones es la manera ms sencilla de reducir el ruido propagado por el aire. Los cuartos del equipo deben estar en el edificio, lejos de los sitios sensibles para el receptor. Es una ventaja que la propagacin de la energa acstica disminuya con la distancia de la fuente. Adems, existen otros dos mtodos para controlar el ruido propagado por el aire: con paredes de prdida de transmisin alta y por absorcin.

Es til revisar alguna terminologa, antes de presentar las caractersticas de transmisin del sonido de las paredes. La prdida de transmisin (TL), a travs de una divisin, es una medida entre la relacin de energa incidente en la pared con la transmitida por la pared, expresada en dB. Cuanto menor sea el sonido



relativo transmitido por la pared, mayor ser la prdida de transmisin (TL) de la pared. La prdida de transmisin (TL) es una funcin de la frecuencia.

La Clase de Transmisin Acstica (STC) de una divisin es una clasificacin de un solo nmero, calculado a partir de la medicin de la prdida de transmisin (TL) de la divisin. Un contorno de referencia se ajusta contra el dato de la Prdida de Transmisin (TL) medida y la clasificacin STC igual al valor del contorno ajustado en 500 Hz. La clasificacin STC no incluye informacin en bandas de frecuencia por debajo de 125 Hz. Esta clasificacin es til para disear paredes que proporcionen aislamiento contra los sonidos del habla y de la msica. Esta clasificacin no resulta apropiada para maquinaria industrial con energa de frecuencia baja, por ejemplo, las unidades de motor. Los datos de prdida de transmisin (TL) deben usarse en su lugar, donde sea posible.

En las divisiones tpicas, los sonidos de frecuencias altas se atenan ms que los de frecuencias bajas. Los valores ms altos de prdida de transmisin (TL) se encuentran en construcciones de paredes huecas (dos lminas), cuyas dos capas de divisin separadas estn bien aisladas. Los valores de prdida de transmisin aumentan dependiendo de las masas de las lminas individuales, el espacio entre ellas y las caractersticas de cualquier material absorbente del sonido en ese espacio.

Debe tenerse en cuenta que las fugas de ruido pueden disminuir severamente el desempeo de una

divisin. Los materiales se prueban en un ambiente controlado de laboratorio, con todas las esquinas cerradas, para evaluar las caractersticas de prdida de transmisin. Pero en una construccin tpica, las fugas de sonido pueden ocurrir en las esquinas de la pared, en las aberturas de las tuberas, tomacorrientes elctricos y a travs de techos compartidos (llamados tambin trayectorias flanqueadoras). Una pared con un rea de fugas igual a 0,01% del rea de la pared no puede exceder un valor STC de 40, no importa qu tan alto sea el valor de STC de la construccin de la pared.

Una divisin puede incluir elementos con varias caractersticas de prdida de transmisin, por ejemplo, ventanas y puertas. La prdida de transmisin de la divisin puede calcularse tomando todos los elementos en consideracin.

Para estimar en unas instalaciones el total de prdida de transmisin acstica propagada por el aire, reste el valor promedio del ruido de cada receptor del nivel estimado de presin acstica promedio del cuarto. Si hay ms de un espacio, la suma de los aportes individuales no debe exceder el criterio.

Ruido de origen mecnico Muchas tcnicas utilizadas para

aislar las vibraciones del grupo electrgeno pueden aplicarse al aislamiento del ruido de origen mecnico.

Reducciones moderadas del ruido pueden lograrse poniendo especial atencin a las fuentes de ruido, por ejemplo, reducir las velocidades del ventilador, revestir las reas de fundicin y canalizar el flujo de aire.



Para una atenuacin superior a 10 dB(A), las unidades deben aislarse completamente.

Un mtodo efectivo usa bloques de concreto llenos de arena para alojar el grupo electrgeno. Adems, la unidad debe tener en cuenta las tcnicas de aislamiento de la vibracin.

La figura No. 13 ilustra la comparacin de varios mtodos de aislamiento.

Los motores completamente cerrados son poco prcticos, debido a que se requieren las aberturas para tubos, conductos y ventilacin. Los motores en contenedores con numerosas aberturas, rara vez logran ms de 20 dB(A) de atenuacin.

Mtodos de aislamiento

Figura No. 13



Ruido del sistema de admisin La atenuacin del ruido del sistema

de admisin se logra, ya sea mediante los elementos del filtro de aire o mediante silenciadores del sistema de admisin.

La atenuacin del ruido producto de diversos silenciadores y filtros de aire es suministrada generalmente por el fabricante de los componentes.

Los silenciadores del sistema de admisin de aire, especialmente los absorbentes llenos de vidrio, pueden ponerse antes de los filtros de aire, para evitar que partculas de vidrio o escombros ingresen al motor.

Se debe tener cuidado con el uso de los silenciadores del sistema de admisin de aire, para asegurarse de que no restrinjan en forma excesiva la corriente de aire.

Ruido del sistema de escape El ruido del sistema de escape es,

tpicamente, ruido propagado por el aire. La atenuacin del ruido del sistema de escape se logra, normalmente, con un silenciador capaz de reducirlo en 15 dB(A) cuando se mide a 3,3 m (10 pies) perpendicular a la salida del tubo de escape. Si el silenciador se ubica cerca del motor, se minimiza la transmisin del sonido por la tubera de escape.

Debido a que el nmero de cilindros y velocidades del motor produce diferentes frecuencias de escape, el fabricante del silenciador debe prever los efectos especficos del uso de los silenciadores.

Silenciadores Los silenciadores se utilizan para

reducir el ruido propagado por el aire

en sistemas de tuberas y conductos. Generalmente, su eficacia depende de los cambios de frecuencia; por tanto, es esencial que estn en correspondencia con el contenido de frecuencias del ruido.

Existen dos categoras principales de silenciadores: disipadores y reactivos. Disipadores

En los silenciadores disipadores se usan materiales de fibra absorbente para disipar la energa en forma de calor. Los disipadores son eficaces slo en aplicaciones de frecuencias altas, que van desde 500 Hz hasta 8.000 Hz. Reactivos

Por otra parte, en los silenciadores reactivos se usa un cambio en el rea de la seccin transversal para reflejar el ruido de vuelta a la fuente. Estos silenciadores, normalmente, se usan en aplicaciones de frecuencias bajas, como motores de combustin interna, y pueden incorporar tubos perforados para aumentar el rendimiento en frecuencias amplias.

La efectividad de un silenciador reactivo depende de su dimetro, de su volumen y del diseo en conjunto. Algunos diseos especficos incluyen:

Silenciadores multicmara para proporcionar atenuacin mxima del sonido con algunas restricciones de flujo.

Silenciadores rectos, que proporcionan restriccin mnima de flujo, con atenuacin de sonido ms bajo.

Silenciadores de tubo de escape para insertarlos directamente en el tubo de escape que resisten ambientes severos.



La combinacin de silenciadores de recuperacin y calor para sistemas de escape de gas caliente.

La mayora de los fabricantes proporciona la medida de la Prdida de Insercin Dinmica (DIL) del silenciador en octavos de banda, desde 63 Hz hasta 8.000 Hz, de acuerdo con la norma ASTM E-477. La Prdida de Insercin Dinmica (DIL) es la diferencia en el nivel de sonido con y sin el silenciador instalado en un tubo o conducto con flujo de aire. Algunos fabricantes de silenciadores los clasifican en tres grados: industrial, comercial y residencial. En estos casos, la Prdida de Insercin Dinmica (DIL) del silenciador se debera obtener con el fin de determinar el silenciador ms apropiado para la instalacin.

Para determinar la Prdida de Insercin Dinmica (DIL) requerida en una aplicacin especfica, se necesita informacin de los niveles de ruido deseados y los de ruidos reales (no silenciados) en el punto de emisin. La diferencia entre estos valores es la Prdida de Insercin Dinmica (DIL) del silenciador. El nivel de la fuente deseado se determina a partir del criterio aceptado en el sitio.

Cuando se usa para atenuar el ruido de escape, el silenciador debe tener un tamao que acomode el volumen especfico de flujo, sin imponer contrapresin excesiva. El rea de flujo para una contrapresin dada puede calcularse a partir del Flujo de Escape del Motor (CFM) y de la temperatura de escape. La cada de presin determinar el tamao requerido del silenciador.

Tratamientos para la absorcin del sonido

Las superficies absorbentes de sonido convierten la energa acstica en calor y, generalmente, se describen mediante coeficientes de absorcin del sonido en bandas de octava. Las superficies absorbentes se pueden usar para reducir el campo de sonido reverberante (reflejado) de un cuarto. Como se mencion antes, la reduccin del campo reverberante de un cuarto puede reducir tambin el campo de ruido fuera del cuarto. Es de anotar que los materiales absorbentes no atenan el campo de sonido directo.

La absorcin de un cuarto puede estimarse sobre una base de banda de octava a partir de los coeficientes de absorcin y del rea de cada superficie del cuarto, como techos, paredes y pisos. Como alternativa, la absorcin del cuarto puede determinarse mediante las mediciones del tiempo de reverberancia. Usando esta informacin y los datos de la potencia acstica de la fuente, puede determinarse la reduccin del ruido que se puede obtener aadiendo la absorcin al cuarto. La informacin de los coeficientes de absorcin de un material o elemento pueden obtenerse del fabricante.

Hay disponible una amplia variedad de elementos absorbentes del sonido, distribuidos comercialmente, para casi todas las aplicaciones. Los tratamientos para el techo incluyen baldosas o tableros para techos suspendidos, baldosas que pueden pegarse directamente a la superficie del techo y absorbentes suspendidos.

Los tableros acsticos para paredes varan desde tableros



arquitectnicos con acabados atractivos hasta tableros de metal perforados, rellenos con materiales absorbentes. Los bloques de concreto con caras ranuradas y relleno acstico pueden usarse para aumentar la absorcin del sonido en construcciones con paredes de bloques normales de concreto.

Los elementos absorbentes del sonido se seleccionan teniendo en cuenta su coeficiente de absorcin del sonido en las bandas de octava requeridas. Adems, los elementos deben resistir el medio ambiente, ser de fcil mantenimiento y ofrecer propiedades aceptables de dispersin de llama.

Barreras y contenedores Las barreras y los contenedores

bloquean y reflejan el sonido irradiado directamente desde la fuente de ruido. Una barrera proporciona una zona de sombra de atenuacin de ruido, entre la fuente y el receptor, al igual que una luz proyecta una sombra sobre la pared.

Los contenedores completamente cerrados pueden usarse alrededor de la fuente (el motor) o del receptor (el operador o el personal de las reas afectadas). Pueden usarse barreras parciales para proteger las reas sensibles al ruido, localizando los receptores en la zona de sombra.

La eficacia de una barrera para bloquear el ruido transmitido a travs de ella es una funcin de sus caractersticas de transmisin del sonido. Tanto los contenedores como las barreras pueden revestirse con material absorbente para que sean totalmente eficaces.

En el caso de un contenedor sin absorcin, el campo reverberante dentro del contenedor puede aumentar ampliamente la presin acstica interior y, en consecuencia, tambin el sonido que se produce fuera del contenedor.

En el caso de una barrera sin absorcin, el ruido simplemente se refleja en algn otro lugar. La prdida de transmisin y la absorcin son los principales criterios de seleccin de las barreras y de los contenedores, y cada uno de ellos es una funcin de la frecuencia.

Las aberturas de los contenedores pueden tratarse acsticamente para maximizar la eficacia. Tambin, cuando se usan barreras de sonido es importante controlar las trayectorias de flanqueo (trayectorias de sonido alrededor de la barrera).

Comercialmente, hay disponibles muchos tipos de contenedores y barreras. Hay disponibles contenedores completos para tipos especficos de equipos mecnicos, algunos de los cuales incluyen sistemas de admisin y escape silenciados y un silenciador reactivo para el ruido del sistema de escape. Hay disponibles varios tipos de tableros modulares, que pueden incluir material absorbente de sonido en uno o en ambos lados del tablero. Barreras externas, diseadas para resistir fuerzas ssmicas y elicas, se encuentran tambin disponibles para bloquear o reflejar el ruido exterior.

ADVERTENCIA: Los fabricantes de contenedores pueden publicar datos de cada de dB. Sin embargo, es posible que no tengan en cuenta los efectos acsticos del cuarto. Los efectos acsticos del cuarto harn que



la instalacin sea ms ruidosa cuando se sita un contenedor sobre una fuente de ruido de campo libre.

Por ejemplo, si un motor en campo libre con 120 dB(A) se pone en un contenedor de cada de 20 dB(A), el ruido no se reducir a 100 dB(A). Los efectos acsticos del cuarto pueden aumentar el nivel de sonido interior a 123 dB(A) o ms. El nivel de sonido exterior podra ser de 103 dB(A) o ms. Es importante especificar los niveles de sonido reales afuera del contenedor y no la capacidad de reduccin del sonido del contenedor.

Conjuntamente con el rendimiento acstico, deben considerarse los aspectos prcticos cuando se usan barreras o contenedores. Los contenedores del motor requieren ventilacin para disipar el calor que se acumula dentro. El contenedor debe facilitar el mantenimiento y la inspeccin, y puede requerir el uso de picaportes de emergencia en las puertas. Los materiales acsticos dentro del contenedor deben ser resistentes al fuego.



Control del ruido propagado por estructuras slidasEl propsito de un sistema de

aislamiento de la vibracin (simple o compuesto) o de una barrera de onda es controlar la transmisin del ruido propagado por estructuras slidas desde la unidad del motor hasta la estructura del edificio, ya sea directamente o a travs del suelo.

Estas medidas tienen la finalidad de controlar el ruido cercano a la fuente, donde las medidas de control son generalmente ms eficaces. Sin embargo, aun con un montaje de aislamiento efectivo de la unidad del motor, puede necesitarse la atenuacin adicional del ruido propagado por las estructuras slidas en la construccin del edificio.

Conceptualmente, la forma ms sencilla de atenuar el ruido propagado por estructuras slidas a lo largo de una trayectoria es incrementar la distancia entre la fuente y el receptor, dado que la amplitud del ruido propagado por estructuras slidas disminuye con el aumento de la distancia a la fuente de vibracin. En los edificios de armazn de concreto se ha encontrado una atenuacin del ruido cercana a 5 dB por piso, para frecuencias de hasta 1.000 Hz. La atenuacin de las vibraciones que viajan a travs de bloques de concreto para piso vara de 1,5 a 2 dB/metro. En general, hay menor atenuacin a lo largo de las estructuras horizontales del edificio.

Otra forma de atenuar el ruido propagado por estructuras slidas es a travs de las discontinuidades estructurales. Una discontinuidad o falta de correspondencia en la impedancia ocasiona un reflejo de la

energa en direccin a la fuente y, en consecuencia, controla la transmisin del ruido. Estas discontinuidades se rellenan generalmente con un material elstico para impedir la cada de desechos en el orificio y evitar un cortocircuito. Generalmente, se usan lminas semirrgidas de fibra de vidrio para rellenar los orificios de las paredes, y lminas de fibra de vidrio impregnadas con asfalto entre las losas, las cimentaciones y las bases niveladas. Muchas veces, en los edificios grandes se incorporan juntas de expansin para permitir la contraccin y la expansin trmica. Estas juntas pueden usarse para atenuar el ruido propagado por las estructuras slidas, poniendo la fuente y los receptores en lados opuestos a la junta de expansin. Es imprescindible que los elementos de la construccin, los tubos o cualquier otra conexin rgida no pasen por encima de estas discontinuidades.

Adems del punto de la fuente y la trayectoria, puede tambin tratarse la ubicacin del receptor para controlar el ruido propagado por las estructuras slidas. Por ejemplo, la construccin de un piso flotante puede usarse para aislar el receptor (una persona o una pieza de equipo sensible a la vibracin), de la vibracin del edificio.

Cimentacin El diseo de la cimentacin es un

aspecto muy importante y con frecuencia se pasa por alto cuando se disean las instalaciones de las unidades de motores grandes. Las unidades de motores grandes, como se mencion antes, emiten energa de frecuencia notablemente baja, tanto



del ruido propagado por estructuras slidas como el propagado por el aire. Si el diseo de las instalaciones no tiene en cuenta ambas formas de ruido, probablemente no se cumplir con el criterio de ruido especfico del sitio.

Nota: El diseo de la cimentacin de instalaciones en las que el ruido no es un problema se presenta en la Gua de Aplicacin e Instalacin del Montaje.

Infortunadamente, la transmisin y la radiacin propagadas por estructuras slidas son mucho ms difciles de analizar que el ruido propagado por el aire. Aunque el clculo de la prdida de transmisin del ruido propagado por el aire en la estructura del edificio, as como la de los diferentes tipos de sistemas de control del ruido para evaluar la adecuacin del diseo de las instalaciones puede no tener complicaciones, las estimaciones cuantitativas confiables de la transmisin de ruido propagado por estructuras slidas, especialmente en frecuencias bajas, pueden ser muy difciles o imposibles de obtener con la tecnologa actual. Por ello, la estrategia habitual para las instalaciones sensibles al ruido es sobredimensionar los clculos, en el caso del ruido propagado por estructuras slidas, para garantizar que ste no sea un problema. Esto significa un cuidado especial del control de cada trayectoria posible del ruido propagado por las estructuras slidas. Especialmente en esta rea se pone nfasis en que los diseadores consulten a ingenieros profesionales calificados de control del ruido, para las instalaciones sensibles al ruido.

Generalmente, las unidades de motor se montan sobre bases de bloques de concreto o plataformas

metlicas, mediante monturas de resorte entre la base de la unidad y la cimentacin. Algunos de los motores ms pequeos vienen con aisladores entre el motor/generador y la base y no requieren monturas de resorte adicionales para la base de la unidad. Si la base de la unidad proporciona suficiente rigidez para la alineacin y la desviacin relativa del motor y del equipo impulsado, no hay necesidad de soportar las cimentaciones para proporcionar rigidez adicional. De este modo, una cimentacin que es adecuada para soportar la carga esttica de la unidad resultar satisfactoria en muchas instalaciones en las que el ruido no es una consideracin importante.

En las instalaciones en las cuales el ruido es una consideracin importante, la atencin debe concentrarse directamente en todos los elementos del sistema de aislamiento y en las trayectorias estructurales entre la cimentacin y el resto de la estructura del edificio. Con frecuencia, se puede lograr un aislamiento adecuado con un sistema simple, pero algunas instalaciones pueden requerir un sistema de aislamiento compuesto. Los dos tipos de aislamientos se vern brevemente en las secciones siguientes.

Sistema de aislamiento simple Se denomina sistema de aislamiento

simple a un sistema con una masa dinmica y un juego de monturas de aislamiento. La figura No. 14 muestra la funcin de transmisibilidad de un sistema ideal de aislamiento simple. La transmisibilidad describe la relacin de la fuerza transmitida a la cimentacin (que se supone rgida) con la fuerza generada en la fuente de excitacin.



Por tanto, es deseable una baja transmisibilidad.

Con frecuencias bajas, la transmisibilidad tiene el valor de la unidad, es decir, la fuerza se transmite a travs del aislador sin un cambio en la amplitud. Cerca de la frecuencia de resonancia del sistema, la transmisibilidad alcanza el mximo, es decir, la fuerza transmitida es substancialmente mayor que la fuerza aplicada y depende de la cantidad de amortiguacin de las monturas. La frecuencia de la resonancia se determina por la relacin de la rigidez del montaje y la masa dinmica.

En un punto por encima de la frecuencia de resonancia, la funcin de transmisibilidad es menor que la unidad y comienzan a hacerse visibles los beneficios del aislamiento. (La frecuencia en que la funcin es menor que la unidad es 1,4 veces la frecuencia de resonancia). Desde ese punto, la transmisibilidad disminuye a una tasa de -2 dcadas por dcada de frecuencia. Claramente, el sistema de aislamiento debe disearse de modo que la frecuencia de la modalidad de caja rgida sea mucho ms baja que la frecuencia ms baja del ruido significativo propagado por las estructuras slidas de la fuente, con el fin de materializar los beneficios del aislamiento.

Las instalaciones actuales se diferencian de los sistemas ideales simples en varios aspectos importantes. Primero, la masa aislada realmente tiene seis grados de libertad de caja rgida, en lugar de uno simple, como en el sistema descrito anteriormente. Esto significa que el sistema real tiene seis modalidades de resonancia, definidas en una gama de frecuencias ms bajas, en la cual no

se muestran los beneficios del aislamiento.

La segunda diferencia importante entre los sistemas reales y los ideales es que las estructuras de cualquier lado de los aisladores no son perfectamente rgidas. La eficacia del sistema depende de la conformidad dinmica (inverso a la rigidez dinmica) de los elementos elsticos, relacionada con la conformidad de las estructuras conectadas. As, un sistema de aislamiento puede no actuar satisfactoriamente, an teniendo elementos elsticos muy suaves, a menos que las estructuras conectadas sean relativamente rgidas.

La resonancia es la principal fuente de debilidad dinmica en las estructuras. La resonancia es un efecto dinmico en el que la estructura puede ser cientos o miles de veces ms dbil de lo que es estticamente (por ejemplo, en cero Hz). En consecuencia, la eficacia del aislamiento se ver afectada alrededor de las frecuencias de resonancia de las estructuras en cualquier lado de los elementos del aislamiento. Es importante asegurarse de que no haya resonancias sin controlar en la gama de frecuencias crticas del sistema de aislamiento.

La figura No. 15 muestra una funcin de transmisibilidad medida en un sistema real de montaje simple. Varias de las seis modalidades de caja rgida son evidentes por debajo de los 3 Hz. En la gama de frecuencia por encima de estas modalidades, la funcin de transmisiblidad desciende con una pendiente de -2 dcadas por dcada, como sucede con el sistema ideal. Sin embargo, note las crestas en la funcin, comenzando alrededor de los 20 Hz. Estas crestas se relacionan



con resonancias estructurales en una o en ambas de las estructuras, en cada lado de los elementos de aislamiento.

Sistema de aislamiento compuesto

Se puede lograr un mayor aislamiento del ruido propagado por las estructuras slidas, con un sistema de aislamiento compuesto. Este sistema tiene una masa intermedia con un juego adicional de monturas de aislamiento y duplican, de este modo, el nmero de modalidades de caja rgida del sistema de aislamiento. Por encima de la gama de modalidad de caja rgida, la funcin de transmisibilidad tiene una pendiente de -4 dcadas por dcada, dos veces la pendiente del sistema simple. La figura No. 16 ilustra este sistema ideal con slo una respuesta de traslacin vertical (la respuesta del modelo simple se representa con una lnea gris, para efectos de comparacin).

Observe que hay dos modalidades de caja rgida en esta funcin: una en cerca de 3,5 Hz y la otra en cerca de 7 Hz. Por encima de la segunda modalidad, es evidente la mayor pendiente negativa en la funcin.

Un sistema de aislamiento compuesto real tendra un total de 12 modalidades de caja rgida. En el sistema real tambin se reducira la eficacia del aislamiento, relacionada con las resonancias de los elementos estructurales en cualquier lado de los elementos de aislamiento, al igual que un sistema de aislamiento simple.

Una pregunta comn de los diseadores de instalaciones es, "qu tan grande debera ser la masa de la cimentacin para evitar el ruido excesivo producido por la estructura?"

En un sistema de aislamiento simple, cuya cimentacin est soportada de forma rgida sobre la estructura del edificio o incrustada en el suelo, la respuesta a la pregunta anterior sera que la masa de la cimentacin, en s, no es importante. En cambio, la rigidez dinmica de la cimentacin es lo que afecta la eficacia del aislamiento.

Otro factor importante es la naturaleza de la conexin estructural entre la cimentacin y el resto de la estructura del edificio. Por ejemplo, con una cimentacin empotrada en el suelo, donde hay contacto directo con el suelo de alrededor de la cimentacin, puede ocurrir una transmisin de ruido importante desde la cimentacin hasta el suelo, propagada por las estructuras slidas y desde el suelo hasta la estructura del edificio, sin importar la masa de la cimentacin. Esta situacin se presenta porque el movimiento de la onda ocurre en cualquier medio elstico y el movimiento de la onda se transmitir hacia adentro de cualquier otro medio elstico que est en contacto con el primero. As, en un sistema de aislamiento simple, la atencin debe concentrarse en la rigidez de la cimentacin, as como sobre la interfase entre la cimentacin y el suelo de soporte o la estructura.

Otra consideracin que existe en cualquier tipo de sistema de aislamiento es asegurarse de que no existan conexiones estructurales rgidas a lo largo del sistema de aislamiento, las cuales pueden ocasionar cortocircuitos en el sistema de aislamiento.



Comparacin de los sistemas de aislamiento

Para ilustrar los diferentes sistemas de aislamiento, consideremos el caso de un grupo electrgeno G3600. El peso total del sistema es de 113.000 lb (51.300 kg). El sistema de montaje estndar del paquete se compone de 8 monturas de resorte, cada una con una fuerza resorte de 34.640 lb/pulgada (6,08e6 N/m) y una capacidad de 22.900 libras (10.400 kg). Este sistema estndar tiene una frecuencia de modalidad de rebote vertical fundamental de 4,9 Hz (no se tienen en cuenta las cinco modalidades restantes de caja rgida del sistema, por simplicidad). La figura No. 14 muestra la funcin de transmisiblidad en este sistema. La funcin tiene una pendiente de -2 dcadas por dcada de frecuencia por encima de la frecuencia de resonancia.

Ahora, consideremos un sistema modificado de aislamiento simple, cuyas monturas de resorte estndar se reemplazan con monturas neumticas con una fuerza total de resorte efectiva de 26.000 lb/pulg (4,56e6 N/m). Este sistema modificado tiene una frecuencia fundamental de modalidad de rebote vertical de 1,5 Hz, como se muestra en la funcin de transmisibilidad de la figura No. 18, que tambin muestra, de manera comparada, la funcin de transmisibilidad del sistema estndar. Observe que por encima de 4 Hz la transmisiblidad del sistema de montura neumtica es una orden de magnitud menor que la del sistema de monturas de resorte estndar.

Finalmente, considere un sistema de aislamiento compuesto, que tiene un bloque intermedio con una masa igual a la del grupo electrgeno, con 8

monturas de resorte estndar entre la base del grupo electrgeno y el bloque, y 10 monturas de resorte estndar entre el bloque y el suelo. El peso total de las monturas inferiores est levemente por debajo de la capacidad total de clasificacin para estas monturas. Este sistema compuesto tiene dos modalidades de rebote vertical: uno en 3,1 Hz (donde el grupo electrgeno y el bloque vibran en fase), y el otro en 8,6 Hz (donde el grupo electrgeno y el bloque vibran fuera de fase).

La funcin de transmisiblidad del sistema compuesto se representa en la figura No.19, junto con las funciones de los dos sistemas simples, para propsitos de comparacin.

Por encima de la modalidad ms alta, la funcin de transmisibilidad tiene una pendiente de -4 dcadas por dcada de frecuencia, dos veces mayor que la del sistema simple. As, por encima de 10 Hz, la transmisibilidad del sistema compuesto es mucho mejor que la del estndar, y la diferencia contina incrementndose con la frecuencia. De forma similar, el rendimiento del sistema compuesto es mucho mejor que el rendimiento de un sistema simple de monturas de aire, por encima de los 20 Hz. Sin embargo, por debajo de 10 Hz, la funcin de transmisibilidad del sistema compuesto es considerablemente ms baja en calidad que la de cualquiera de los sistemas simples.

Observe que, mientras el sistema simple de montura de resorte estndar es muy estable en s mismo, podrn requerirse algunos elementos de aislamiento adicionales para una adecuada estabilidad lateral, ya sea en los sistemas simples de montura neumtica o en los compuestos.



Figura No. 14

Figura No. 15



Figura No. 16

Figura No. 17



Figura No. 18

Figura No. 19

LSBW4973-00


ContenidoPrlogo Ruido Sonido Ondas sonoras y medicionesAmplitud y frecuenciaNivel de presin acsticaRedes de compensacinNiveles de banda de octavaPotencia acsticaAdicin de sonido

Conversiones de la presin y la potencia acsticas

Ruido Especificaciones de niveles de ruido de CaterpillarCampo libreNivel de presin acstica (LP) - mecnico o de sistemas de admisin y escapeMecnicoSistema de admisin y escape

Mediciones

Instalaciones del motor Estrategias tpicas de diseo Consideraciones Modelo de la fuente/trayectoria/receptor

Instalacin de motores grandesCriterio del sitio

Control del ruido Control del ruido propagado por el aireRuido de origen mecnico Ruido del sistema de admisinRuido del sistema de escapeSilenciadoresDisipadoresReactivos

Tratamientos para la absorcin del sonidoBarreras y contenedores

Control del ruido propagado por estructuras slidas CimentacinSistema de aislamiento simpleSistema de aislamiento compuestoComparacin de los sistemas de aislamiento

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