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    COV 6 6

    INSTALAES

    SUBMARINAS

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    ACSTICA E VIBRAO

    Professor:

    Luiz Vaz

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    Contedo

    1. Conceitos Bsicos2. Introduo Acstica de Salas

    3. Fenmenos Acsticos4. Qualidade Acstica de Salas5. Projeto Acstico

    6.Critrios de Conforto

    7. Exemplos

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    1. Conceitos: Som

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    Elementos Bsicos

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    Ouvido Humano

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    Curvas de Audibilidade

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    2. Introduo

    A Acstica de Salas tem seu debut comWallace C. Sabine, no fim do sculo 19.Instado a tentar resolver os problemas deacstica de um grande anfiteatro daUniversidade de Harvard, em Cambridge,EUA, Sabine estudou vrias salas, realizandodiversos ensaios, formulando o conceito dereverberao e concebendo uma relao

    simples entre o tempo de decaimento deuma sala como funo de seu volume e suaabsoro.

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    Diferentes tipos de salas requerem caractersticas acsticasdistintas:Catedral

    (majestoso)

    Auditrio (claro)

    Sala de

    concerto(envolvente)

    Restaurante (ntimo)

    A Acstica e os Ambientes

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    3. Fenmenos Acsticos

    o Reflexo

    o Difusoo Absoroo Ecos e Ecos Palpitanteso Reverberao

    O que acontece quando a onda sonora encontrauma superfcie?

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    Reflexo

    o Quando uma onda sonora encontra uma

    superfcie dura e lisa (refletiva), como azulejo,mrmore, cimento etc, refletida com o mesmongulo e praticamente sem perda de energia. Aisso chamamos reflexo especular.

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    Reflexo

    Acstica Geomtrica

    raio de incidncia = raio refletido comprimento de onda 1000 Hz

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    Reflexo

    Atraso = (Dr-Dd)/c

    Caso1: Atraso entre 0 e 10 ms

    Exemplo:

    500 Hz (T=2 ms)

    3 possibilidades

    :

    Em fase:

    NPSfinal3 dB maior

    Fase = 90o(delay=0,5 ms)

    NPSfinal1,5 dB maior

    Fase = 180o(delay=1,0 ms)

    NPSfinal0 dB(cancelamento)

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    Reflexo

    Caso 2: Atraso entre 10 e 30 ms

    Efeito da Precedncia

    Consiste na impresso de queexiste apenas o som direto.Entretanto, o som refletido estcontribuindo para o Nvel

    Global;

    Auditrios:

    A direo aparente da fonteest no orador, mas as reflexescontribuem para a amplitude dosom.

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    Reflexo

    Ecos

    Caso 3: Atraso acima de 80 ms

    Distncias de cerca de 27,5 m (idae volta) produzem Eco

    Flutter Echo (Ecos Flutuantes) Caso 4: Atraso entre 50ms e 80ms

    Afeta inteligibilidade da fala

    Promove cancelamentos de ondassonoras

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    Reflexo: Barreiras

    Perda de transmisso depende da altura efetiva e ngulo desombra

    Eficincia mxima quando altura da barreira maior do que fonte ereceptor

    Eficincia maior quando a barreira se aproxima da fonte ou doreceptor

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    Difuso

    o Nvel homogneo de presso sonora no ambienteo Campo difuso impossibilita identificar direo da fonte sonorao Especialmente vantajosa em locais com uso de microfoneo Cmara ReverberanteParedes reflexivas no paralelaso Placas de dimenso igual ao comprimento de onda que se

    deseja promover a difuso 70 cm para freqncia de 500 Hz

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    Difrao

    Mudana sofrida na direo de uma onda sonora, devido ao seuencontro com um obstculo, contornando-o;

    Depende da relao entre o comprimento de onda e o tamanho doobstculo;

    Para pequenas frestas, a abertura passa a funcionar como se fosse

    um novo centro de propagao sonora;

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    Absoro

    o Parte da energia sonora que retida no material sob a forma decalor;

    o Sempre ocorre junto com a reflexo da onda sonora;o Absorver a onda no significa destru-la;

    o A absoro ocorre de maneiras diferentes, podendo assim osabsorvedores serem classificados como:

    Absorvedores Porosos Absorvedores de Membrana Ressonadores

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    Absorvedores Porosos

    o Quando a onda sonora incide sobre uma superfcie porosasofre, entre as fibras do material, uma srie de reflexes. Aperda de energia to grande que o som pouco devolvido aoambiente;

    o Para comprimento de onda pequeno (freqncias altas), osmateriais porosos so bons. Para comprimentos longos, acamada porosa torna-se transparente, o que reduz muito aeficincia do absorvedor;

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    Absorvedores de Membrana

    o Superfcies vibrantes, chamadas membranas, absorvem som debaixa freqncia;

    o Para evitar a re-irradiao do som costuma-se colar superfcie

    interna das membranas alguns materiais que atuam comoamortecedores de vibrao;

    o L de vidro, feltro grosso, tecidos impregnados;

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    Absorvedores de Membrana

    Mecanismo Reativo

    Presso sonora faz painelvibrar que dissipa energiasob forma de calor

    Maior eficincia nas baixas

    freqncias

    Mecanismo Resistivo

    Dissipao de energia pelocontato direto entre painele parede

    Maior eficincia nas mdiase altas freqncias

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    Coeficiente de Reduo

    Sonora

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    Ressonadores

    o Ressonadores de Helmholtz derivam da ressonncia de umamassa de ar quase presa num recipiente;

    o Dependendo do tipo de absoro necessrio, deve-se usarmais ou menos absorvedor dentro da cavidade ressonante;

    o Alm de estruturas derivadas de garrafas, podem ser usadasplacas perfuradas;

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    Ressonador de Helmholtz

    Experimentos:

    Sopro em garrafas vazias;

    Enchimentos de garrafascom lquidos;

    Vrios ressoadores paraabsoro em maior faixa defreqncia;

    F resson = (c / 2 pi) x(S/LxV)1/2

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    Absorvedores

    Porosos

    Absorvedores

    de Membrana

    Ressonadores

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    Reduo Sonora (absoro)

    Configurao: Teto baixo e Mquinas bem espaadas

    Efeito:

    O tratamento do teto reduz apenas a parcela de rudo reverberante,

    no reduzindo a parcela de som direto.

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    Reduo Sonora (absoro)

    Configurao: Teto alto e Mquinas prximas

    Efeito:

    O tratamento do teto pouco efetivo, pois existe predominncia dosom

    direto.

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    Reduo Sonora (absoro)

    Configurao: Mquina parcialmente enclausurada

    Efeito:

    1- O rudo reverberante pode ser maior do que o som direto dealgumas mquinas;

    2- Reduo do tempo de reverberao torna o rudo mais direcional,permitindo aos trabalhadores ficarem mais atentos s suasmquinas

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    Perda na Transmisso (TL)

    TL = 20 log M f 47.4

    Lei das Massas:

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    Transmisso Sonora

    Sound Transmission Class ovalor da perda de transmissona freqncia de 500 Hz;

    A Transmisso Sonora variacom: Massa 6 dB / massa

    duplicada

    Freqncia6 dB / oitava

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    Transmisso Sonora

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    Transmisso Sonora

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    Classe de Transmisso Sonora

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    Transmisso Sonora (STC)

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    Transmisso Sonora

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    Transmisso Sonora

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    Transmisso Sonora

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    Transmisso Sonora

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    Reverberao

    o Se em um ambiente fechado, as paredes forem difusoras, existirorebatimentos difusos e reflexes no repetitivas, com atrasos osmais variados possveis;

    o Esses atrasos vo de milsimos at dcimos de segundo e assim,

    no possvel sentir nenhum tempo definido entre reflexes;

    o A impresso audvel de um prolongamento do som da fonte, eno de repetio ou de eco;

    o A reverberao pode produzir desde o enriquecimento at odesastre total do som.

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    Observe como a palavra

    BARCO percebida (sem reverberao)

    e como a mesma palavra

    BARCO ouvida com reverberao

    Exemplo de Reverberao

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    Tempo de Reverberao

    Tempo de decaimento (s) de 60 dB a partir da interrupo dafonte

    o Sabine:

    o Eyring:

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    1. Catedral

    Decaimento

    Alto Tempo de Reverberao

    Exemplo

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    Exemplo

    2. Sala deconcertos

    Decaimento

    Tempo de Reverberao Mdio

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    Exemplo

    3. Sala deconferncia

    Decaimento

    Tempo de Reverberao pequeno

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    Volume da Sala m

    3

    )

    T

    m

    p

    d

    R

    b

    a

    o

    s

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    Aspectos Subjetivos do Som

    o Salas de concerto Clareza

    Envolvimento Intimidade

    Audibilidade

    o Anfiteatros e Salas de Aula Inteligibilidade

    4. Qualidade Acstica de Salas

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    Resposta Impulsiva da Sala

    o Som diretoo Primeiras reflexes

    o Reverberao

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    Auralizao

    Realidade virtual acstica

    De posse da Resposta Impulsiva de uma sala possvel,atravs de sua convoluo com o sinal emitido pela

    fonte em campo livre, ouvir como seria esse mesmo sinalse emitido dentro da sala, processo conhecido comoauralizao, que de grande ajuda para o projeto

    acstico.

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    Auralizao

    Condies de Campo Livre: Cmara Anecica

    Fala: Campo Livre

    Msica: Campo Livre

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    Auralizao

    Exemplo 1: Grundvig Church Denmark Dimenses principais 63m x 30m x 20m

    Tempo de Reverberao 12,5 s (63 Hz) 1,4 s (8 KHz)

    Fala

    Msica

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    Auralizao

    Exemplo 2: Compton Verney Opera England

    Fala

    Msica

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    T60 Exemplo: Salas UFRJ

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    T60 Exemplo: Salas UFRJ

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    T60 Exemplo: Salas UFRJ

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    T60 Exemplo: Salas UFRJ

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    T60 Exemplo: Salas UFRJ

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    Parmetros Adicionais

    o Tempo de decaimento inicial

    o Uniformidade

    o Intensidade do som direto

    o Frao de energia lateral

    o Rudo de fundo

    o Clareza (msica) e Definio (fala)

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    Acstica Modal

    Modo Axial(4,0,0)

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    5. Projeto Acstico

    o Estabelecer rudo mdio admissvel

    o Identificar as fontes de rudoo Calcular os tempos de reverberaoo Calcular o isolamento acsticoo Calcular o nvel de rebaixamento do rudo interno

    Objetivos:

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    A geometria no Projeto

    Acstico Grandes Sales

    o Retangular

    o Leque

    o Ferradura

    o Hexgono Alongado

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    Problemas mais comuns em

    salas

    o Focos acsticoso Efeito Coquetelo Ecoso Flutter echoes Ecos Palpitantes

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    Focos Acsticos

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    Focos Acsticos

    Comunicao verbal em um

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    Reverberante

    Presena de ecospalpitantes

    ambiente

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    Amortecido

    Boa inteligibilidade

    Comunicao verbal em um

    ambiente

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    Consideraes de Projeto

    Pequenos e Mdios Auditrios

    o Palco: refletor, de forma a direcionar o som para opblico;

    o Teto: refletor prximo ao palco e absorvente no fundodo auditrio;

    o Paredes laterais: no paralelas (ecos e flutter echoes);

    o Parede do fundo: no deve ser cncava (focosacsticos). Se o for, revesti-la de material absorvente;

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    Consideraes de Projeto

    Grandes Sales de Concerto

    o o Evitar audincias com mais de 3000 lugares, onde torna-

    se difcil atingir com bastantes reflexes todos osouvintes;

    o Procurar materiais que permitam um maior TR60nasbaixas freqncias;

    o Buscar um layout da audincia que permita um grande

    nmero de primeiras reflexes, especialmente laterais. Senecessrio, colocar superfcies refletoras ao redor damesma;

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    Difusores em um auditrio

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    o Cadeiras do tipo poltrona, de preferncia estofadas, paraaumentar a superfcie de absoro;

    o Alas e passagens revestidas com tapetes comuns ou deborracha ou outro material absorvente;

    o Paredes simples ou duplas e lajes espessas e pesadas paraisolar o rudo externo;

    Recomendaes Gerais

    Auditrios e Sales de

    Concerto

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    Sistemas Eletroacsticos

    o Melhorar a versatilidade das salas;

    o Distribuir melhor e amplificar o som em grandesauditrios e aeroportos;

    o Sistema de comunicao ou msica de fundo emfbricas e escritrios;

    Inteligibilidade

    Clareza / Musicalidade

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    Estimativa da Potncia Eltrica

    =

    conferncia 4 bar

    msica leve, restaurante, etc 8 bar

    concerto e msica pesada 12 bar

    Valores de presses recomendadas para salas:

    P V . p2300 TR60

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    6- Critrios de Conforto: ABNT

    NB95

    Descrio do ambiente Rudo TotaldB(A)

    Hospitais

    Apartamentos, Enfermarias, CentrosCirrgicos

    35 45

    Laboratrios, reas para uso do pblico 40 50

    Servios 45

    55

    Escolas

    Bibliotecas, Salas de msica, Salas dedesenho

    35 45

    Salas de aula, Laboratrios 40 50

    Circulao 45 55

    Hotis

    Apartamentos 35 45

    Restaurantes, Salas de Estar 40 50

    Portaria, Recepo, Circulao 45 55

    Residncias

    Dormitrios 35 45

    Salas de estar 40 50

    Auditrios

    Salas de concertos, Teatros 30 50

    Salas de Conferncias, Cinemas, Salas

    de uso mltiplo

    35 45

    Restaurantes 40 50

    Escritrios

    Salas de reunio 30 40

    Salas de gerncia, Salas de projetos ede administrao

    35 45

    Salas de computadores 45 65

    Salas de mecanografia 50 60

    Igrejas e Templos (Cultos meditativos) 40 50

    Locais para esporte

    Pavilhes fechados para espetculos eatividades esportivas

    45 60

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    Curvas Critrio de Rudo (NC)

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    Confort Class - DNV

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    Exemplo 1

    Auditrio Topzio - MINASCENTRO

    Volume: 12 750 m3

    TR60= 1 s

    = 680 WV . p2

    300 TR60=P

    Exemplo 2

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    Isolamento

    A adio de absoro em um ambiente melhora suas caractersticas acsticas internas(reduo da reverberao e aumento da inteligibilidade - fatores ligados qualidade do

    som e sua distribuio em salas).

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    Exemplo 3

    Absorvedor de membrana

    Calcular a freqncia de ressonncia de uma chapa decompensado de 5mm de espessura forrada com l de vidro de25mm de espessura e densidade de 30 Kg/m, montada a 16 cmda parede.

    madeira = 800 kg/m

    Densidade Sup.:(800x0,005) +(30x0,025) = 4,75 Kg/m

    fR= 60 = 68,82 Hz

    (Dens.Sup.x distncia da parede)1/2

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    Exemplo 4

    Absorvedor de membrana

    o Para calcular a distncia necessria para sintonizar umamembrana de densidade conhecida em uma freqncia, emuma freqncia qualquer de interesse:

    d = 3600

    M x fr

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    Exemplo 5

    T60 iguais Sonoridade diferente

    Nmero de reflexes em mdia que o som sofre durante um

    TR60de 2,4 segundos?

    Volume da sala 1 e 2 : 2240 mSuperfcie da sala 1 : 1104 m(salas de mesmo volume e reas

    sup

    Superfcie da sala2 : 1336mdiferentes possuem sonoridadedistintas)MFP da sala 1 : 4x2240 / 1104 = 8,1 m (Mean Free Path)MFP da sala 2 : 4x2240/1336 = 6,7 m

    Sala 1 : 20 x 14 x 8 m3Sala 2 : 28 x 16 x 5 m3

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    Exemplo 5

    Soluo

    Tempo mdio entre reflexes :Sala 1 = 8,1/ 344 = 23,6 msSala 2 = 6,7 / 344 = 19,5 ms

    Reflexes durante o TR60:

    Sala 1=2,4 / 23,6 = 102 reflexesSala 2 =2,4 / 19,5 = 123 reflexes

    - As salas 1 e 2 possuem mesmo T60- Porm a sala 2 tem reverberao mais densa, isto , com

    mais reflexes- O nmero de reflexes define sonoridade do ambiente

    Exemplo 6

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    Clculo de NPS

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    Exemplo 6

    Soluo

    Exemplo 6

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    Soluo

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    Parte 2: Rudo em Navios e

    Plataformas Offshore

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    Rudo de Propulsores e

    Motores

    Desbalanceamento esttico, dinmico ou hidrodinmico dopropulsor e eixo causam rudo de baixa freqncia;

    Cavitao provoca rudo de baixa e alta freqncia;

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    88/132

    Rudo de Sistema Hidrulico

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    89/132

    Rudo em Acomodaes

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    90/132

    Identificao de Fontes de

    Rudo

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    91/132

    Regulamentao

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    92/132

    Predio de Rudo

    Propagao do rudo em estruturas de

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    93/132

    ao

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    94/132

    Piso Flutuante

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    95/132

    Sistema Piso-Teto

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    96/132

    Predio de Rudo Estrutural

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    97/132

    Predio de Rudo Estrutural

    Rudo Areo: Fatores

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    98/132

    Importantes

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    99/132

    Predio de Rudo Areo:

    Modelo

    Predio de Rudo Areo:

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    100/132

    Resultados

    Predio de Rudo Areo:

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    101/132

    HVAC

    Rudo Sistemas de Ventilao

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    102/132

    (HVAC)

    Rudo Sistemas de Ventilao

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    103/132

    (HVAC)

    Rudo Sistemas de Ventilao

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    104/132

    (HVAC): Boas Prticas

    Rudo Sistemas de Ventilao

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    105/132

    (HVAC): Airborne Noise

    Rudo Sistemas de Ventilao

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    106/132

    (HVAC): Structureborne Noise

    Rudo Sistemas de Ventilao

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    107/132

    (HVAC): Breakout Noise

    HVAC: Caso de Estudo

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    108/132

    Sistema Original

    HVAC: Caso de Estudo

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    109/132

    Sistema Original

    HVAC: Caso de Estudo

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    110/132

    Sistema Original

    HVAC: Caso de Estudo

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    111/132

    Configurao Modificada

    HVAC: Caso de Estudo

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    112/132

    Configurao Modificada

    HVAC: Caso de Estudo

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    113/132

    Concluses

    Duas principais alteraes de caractersticas geomtricasso antagnicas: Aumento do comprimento dos dutos Aumenta Atenuao

    Sonora e Aumenta Perda de Carga;

    Aumento da Variao de rea entre Sees AumentaAtenuao Sonora e Aumenta Perda de Carga;

    Uma alterao benfica simultaneamente para o sistemade ar e para atenuao sonora Aumento da rea seccional do duto Aumenta Atenuao

    Sonora e Reduz a Perda de Carga;

    Estudo de Casos de Rudo

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    114/132

    Vibrao

    Projetos realizados pela equipeLEME-COPPE-UFRJ

    Exemplo 1 Empurrador Norsul

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    115/132

    Caravelas

    Exemplo 1 Empurrador Norsul

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    116/132

    Caravelas

    Exemplo 1 Empurrador Norsul

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    117/132

    Caravelas

    Exemplo 1 Empurrador Norsul

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    118/132

    Caravelas

    Anlise: Navio destinado a servir de meio de propulso para

    embarcao de maior porte Mquinas de grandepotnciaproblema de rudo em espaos prximos aPraa de Mquinas torna-se crtico;

    O nvel de isolamento termo-acstico empregado o usual.

    Entretanto, a particularidade da embarcao destacada noitem anterior deve ser responsvel pelo alto nvel de rudoencontrado;

    Recomendaes: Substituio da configurao material de isolamento +

    chapa de ao existente nas anteparas dos compartimentos

    pela configurao material de isolamento + espao de ar +chapa de ao;

    Verificao da qualidade do isolamento termo-acsticoempregado nas superfcies das chamins e afastamento,tanto quanto possvel, da chamin em relao regio deacomodaes;

    Exemplo 2 Turbo-Compressor

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    119/132

    Plataforma P-12

    Exemplo 2 Turbo-Compressor

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    120/132

    Plataforma P-12

    Exemplo 2 Turbo-Compressor

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    121/132

    Plataforma P-12

    Exemplo 3 Navios Aliviadores

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    122/132

    Cartola e Ataulfo Alves

    Exemplo 3 Navios Aliviadores

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    123/132

    Cartola e Ataulfo Alves

    Exemplo 3 Navios Aliviadores

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    124/132

    Cartola e Ataulfo Alves

    Exemplo 3 Navios Aliviadores

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    125/132

    Cartola e Ataulfo Alves

    Frequncias de Excitao

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    1aMCP

    1aMCA

    1aProp

    1,5aMCA

    2aMCP

    2aMCA

    2aProp

    2,5aMCA

    3aMCP

    3aMCA

    3aProp

    ordem

    Frequ

    ncia

    [Hz]

    Frequncias Naturais

    17

    17,5

    18

    18,5

    19

    19,5

    20

    1o

    Modo

    2o

    Modo

    3o

    Modo

    4o

    Modo

    5o

    Modo

    6o

    Modo

    Modos de Vibrao

    Frequn

    cia

    [Hz]

    Exemplo 3 Navios Aliviadores

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    126/132

    Cartola e Ataulfo Alves

    Exemplo 4 Ventiladores Sist

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    127/132

    Gs Inerte FPSO 2

    Vista Frontal

    Vista LateralVista Superior

    1

    2

    33

    12

    4

    4

    2

    Fan Inert Gas

    Fabricante: Siroco Eng. Works Belfast

    Potncia: 101 KW

    Rotao: 3560 rpm

    V

    TT

    A

    Exemplo 4 Ventiladores Sist

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    128/132

    Gs Inerte FPSO 2

    Exemplo 5 Linhas de Eixo

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    129/132

    Navio RSV Salgueiro

    Cx Redutora

    Antepara

    #1

    2o Intermedirio1o Intermedirio MCP

    Propulsor

    #3#4#5

    #2

    R Tubo Telescpico

    Vante Tubo Telescpico

    Exemplo 5 Linhas de Eixo

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    130/132

    Navio RSV Salgueiro

    Exemplo 5 Linhas de Eixo

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    131/132

    Navio RSV Salgueiro

    Transmisso Sonora

  • 7/26/2019 Curso Acstica

    132/132

    Sound Transmission Class ovalor da perda de transmissona freqncia de 500 Hz;

    A Transmisso Sonora variacom: Massa 6 dB / massa

    duplicada

    Freqncia6 dB / oitava