SONIDO Y VIBRACIÓN Objetivo del Diseño acústico SONIDO...

CAPÍTULO 7 de ASHRAE FUNDAMENTALS 1977

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SONIDO Y VIBRACIÓN

Objetivo del Diseño acústico

SONIDO

Características de Sonido

Terminología

Respuesta humana al sonido

Metas acústicas de diseño y la clasificación de los Sistemas

Midiendo Sonido

Determinando la potencia del sonido

Convirtiendo la potencia del sonido a presión de sonido

Caminos de la Transmisión del sonido

Controlando Ruido

VIBRACIÓN

Principios de Aislamiento de Vibración

Fundamentos de la Medida de vibración La preparación de este capítulo se asigna a TC 2.6, Control de sonido y de Vibración.

in control de sonido y de vibración, el diseño, instalación, y uso de los sistemas de HVAC y refrigeración pueden producir quejas debido a un ambiente acústico inaceptable. Estos problemas pueden evitarse si se aplican principios fundamentales de control de sonido y de

vibración. Este capítulo introduce estos principios, incluso las características de sonido; la terminología básica; respuesta humana al sonido; las metas acústicas de diseño; los Caminos de la Transmisión del sonido; y los principios de medición y aislamiento de la vibración. El Capítulo 43 de las ASHRAE Handbook—Applications 1995 y las referencias listadas al final de este capítulo proporciona extensa información sobre el asunto. OBJETIVO DEL DISEÑO ACÚSTICO

El objetivo primario de diseño de un sistema de HVAC y equipamiento acústico es crear un apropiado ambiente acústico para un espacio dado. El sonido y vibración son creados por una fuente, se transmite a lo largo de uno o más caminos, y llega a un receptor. Pueden aplicarse tratamientos y modificaciones a cualquiera o a todos estos elementos para lograr un ambiente acústico apropiado que esté libre de ruido y vibración.

SONIDO CARACTERÍSTICAS DE SONIDO

El sonido es una oscilación viajando a través de un elemento, exhibiendo las propiedades de elasticidad e inercia. En medios de comunicación fluidos (aire o agua), la perturbación viaja como una onda de compresión longitudinal. El sonido es generado por una superficie vibrando o un chorro de flujo turbulento. En el diseño de sistemas HVAC, ambos, aerotransportado y la propagación del sonido por estructuras es preocupante.

Velocidad La velocidad de una onda longitudinal en un medio fluido es una función de la densidad del medio y el módulo de elasticidad. En aire a temperatura de la habitación, la velocidad de sonido es aproximadamente 335 m/s (1100 fps); y en agua, aproximadamente 1,524m/s (5,00 fps).

S


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Frecuencia La frecuencia es el número de oscilaciones (o ciclos) por unidad de tiempo completado por un objeto vibrante. La unidad internacional para frecuencia es ciclos/s o hertzio (Hz).

Longitud de onda La longitud de onda es la distancia entre variaciones sucesivas o compresiones de la propagación en el medio. Longitud de onda, velocidad y la frecuencia están interrelacionadas por la ecuación siguiente:

= c / (1) donde

= longitud de onda, m (ft), c = velocidad de sonido, m/s (fps),

= frecuencia, Hz, Espectro de la frecuencia y anchos de Banda

El rango de frecuencia audible para los humanos se extiende desde aproximadamente 20 Hz a 20 kHz. En algunos casos, el infrasonido (< 20 Hz) o el ultrasonido (>20 kHz) es importante, pero los métodos e instrumentación para éstas regiones de frecuencia se especializan y no son consideradas aquí.

Dentro del rango de frecuencia de interés, una fuente de sonido es caracterizada por su potencia de salida en bandas de octava o 1/3 octava, aunque los anchos de banda estrechos pueden ser con toda seguridad apropiados para ciertos análisis. Una octava es una banda de frecuencia que tiene un límite de la banda superior dos veces la frecuencia de su límite de la banda más baja. La Tabla 1 lista la serie preferida de bandas de octava y las frecuencias de límite de bandas superiores y más bajas. Una banda de octava puede, en una escala de frecuencia logarítmica, haber sido dividida en tres bandas de 1/3 octava del mismo ancho con límites de frecuencia superiores e inferiores en la proporción de la raíz cúbica de dos a uno. También se listan en la Tabla 1 frecuencias centrales de 1/3 octava banda y los límites de las bandas superiores e inferiores. La frecuencia de una banda central de una octava o 1/3 de la octava es el promedio geométrico de sus límites de las bandas superiores e inferiores. Las bandas octavas y 1/3 son identificadas por sus frecuencias centrales, no por sus frecuencias de límite de banda superiores e inferiores (ANSI Standard S1.11). Mientras el análisis en bandas de octava es normalmente aceptable para clasificar ambientes acústicos en habitaciones, el análisis de banda 1/3 de octava es a menudo útil en el desarrollo y las investigaciones de problemas del producto.


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Tabla 1 Frecuencias Centrales Aproximadas para las Series de Banda Octava y 1/3 de Octava

Banda de Octava Hz Banda de 1/3 de Octava Hz

Baja Centro Superior Baja Centro Superior

22,4 31,5 45

22,4 25 28

28 31,5 35,5

35,5 40 45

45 63 90

45 50 56

56 63 71

71 80 90

90 125 180

90 100 112

112 125 140

140 160 180

180 250 355

180 200 224

224 250 280

280 315 355

355 500 710

355 400 450

450 500 560

560 630 710

710 1000 1400

710 800 900

900 1000 1120

1120 1250 1400

1400

2000

2800

1400 1600 1800

1800 2000 2240

2240 2500 2800

2800 4000 5600

2800 3150 3550

3550 4000 4500

4500 5000 5600

5600 8000 11200

5600 6300 7100

7100 8000 9000

9000 10000 11200

11200 16000 22400

11200 12500 14000

14000 16000 18000

18000 20000 22400


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Ruido La primera y más simple definición de ruido es cualquier sonido no deseado. La segunda definición de ruido es sonido de la banda ancha sin características de frecuencia discernibles, como el sonido de una cascada. Esta definición es apropiada cuando un sonido se usa para enmascarar otro, como cuando un sonido controlado es irradiado en un habitación desde un sistema de acondicionamiento de aire bien diseñado se usa para enmascarar o esconder sonidos intrusos de bajo nivel de los espacios adyacentes para aumentar la privacidad. Este sonido controlado se llama ruido, pero no en el contexto de sonido no deseado; más bien, es una banda ancha, sonido neutral que es frecuentemente discreto. Frecuentemente se encuentran tres tipos de ruido en este segundo contexto en acústica: 1. El ruido aleatorio es una oscilación, la magnitud instantánea que no es especifica para cualquier momento dado. Las magnitudes instantáneas de un ruido al azar sólo son especificadas por distribuciones de probabilidad y dan el fragmento del tiempo total que la magnitud, o alguna sucesión de magnitudes, que se encuentra dentro de un rango especificado (ANSI Standard S1.1). 2. El ruido blanco tiene un espectro de frecuencia continuo con igual energía/Hz sobre un rango de frecuencia especificado. En este sentido, es como la luz blanca. El ruido blanco no es necesariamente aleatorio. 3. El ruido rosa también tiene un espectro de frecuencia continuo pero tiene energía igual porcentaje constante por el ancho de banda, como por octava o banda de 1/3 de octava. Porque las bandas de la octava doblan en anchura para cada banda sucesiva, la energía de ruido blanco también dobla en cada banda sucesiva. El ruido rosa, una energía constante por el ancho de banda del ruido, es obtenido inclinándose el perfil de energía a través de 3 dB por octava.

TERMINOLOGÍA

Decibelio El decibelio (dB) es una unidad básica de medida en acústica. Puede ser confundido porque se usa para cuantificar muchas y diferentes descripciones relativas a la fuerza de la fuente del sonido, nivel, y la atenuación del sonido. Por esta razón, es importante saber el contexto en el que el término se usa. Numéricamente, el decibelio es 10 veces el logaritmo de base 10 de la proporción de como dos cantidades son proporcionales a la potencia acústica o energía. El término nivel, cuando se usa respecto a potencia del sonido, intensidad del sonido, o la presión del sonido, indica que notación del dB está usándose. Una cantidad de la referencia siempre es implícita si no aparece.

Potencia del Sonido y Nivel del Sonido Una característica fundamental de una fuente acústica es su habilidad de radiar energía, si es débil y pequeña en tamaño (un grillo) o muy fuerte y grande (un compresor). Una entrada de energía excita la fuente que radia algún fragmento de esta energía en la forma de sonido. Porque la unidad de potencia radiada a través de una esfera unitaria produce la intensidad unitaria de la base de referencia de potencia, establecida por acuerdo internacional, que es 1 picowatt (pW) (10

-12 W); la cantidad de la referencia usada

debe declararse explícitamente. Una definición de nivel de Potencia del Sonido es, por consiguiente,

Lw = 10 log (w/10–12 W) dB re 1 pW o

Lw = 10 log w + 120 dB re 1 pW (2)


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Se muestran valores del nivel de Potencia del Sonido para las fuentes comunes en la Tabla 2. La Mayoría de los valores de los equipos mecánicos está en Potencia del sonido en lugar de la presión del sonido, para que todo los equipos puedan compararse según una referencia común independiente de la distancia y las condiciones acústicas del ambiente. La Guía de Aplicación 303 de AMCA provee pautas para la aplicación de las evaluaciones de niveles de Potencia del Sonido. Tabla 2 Salidas Típicas de Potencia de sonido y los Niveles de Potencia de sonido

Fuente Potencia de salida aproximada

Vatios Decibel re 10-12

W

Cohete Saturno 108

200

Avión Turborreactor a 10

5 170

Avión de reacción despegando b 10

4 160

Avión de Turbohélice 1000 150

Avión de hélice despegando c 100 140

Órgano de grandes tubos 10 130

Motor del avión pequeño 1 120

Radio sonando 0,1 110

Automóvil en autopista 0,01 100

Voz, griterío 0,001 90

Camión de basura 10-4

80

Voz, nivel de la conversación 10-5

70

Ventilación de equipo electrónico 10-6

60

Oficina, difusor de aire 10-7

50

Reloj eléctrico pequeño 10-8

40

Voz, cuchicheo suave 10-9

30

Hojas susurrando 10-10

20

Humano respirando 10-11

10

Umbral auditivo 10-12

0 a Con post-combustión .

b Cuatro motores a reacción.

c Cuatro hélices.

Intensidad del Sonido y el Nivel de Intensidad del Sonido

Si una esfera se circunscribe alrededor de una fuente a una distancia arbitraria de ella, toda la energía radiada por la fuente debe atravesar la esfera. El flujo de Potencia a través de una área unitaria de la esfera es la intensidad, expresada en vatios por metro cuadrado. (Las unidades de SI se usan aquí en lugar de las unidades del sistema IP debido a la definición del acuerdo internacional). La intensidad sonora sigue la ley cuadrática inversa; es decir, la intensidad sonora varía inversamente con el cuadrado de la distancia de la fuente. Esto es verdad para las fuentes acústicas al aire libre y, a una magnitud limitada, para las fuentes interiores. El nivel de intensidad sonora se expresa en dB con una cantidad de la referencia de 10

-12 W/m2.

Presión sonora y Nivel de Presión de Sonido La intensidad sonora es difícil de medir directamente, pero la presión sonora es relativamente fácil de medir porque el oído humano y los micrófonos son dispositivos


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sensibles a la presión. Es por esta razón que todo los códigos de ruido y criterio se informa en presión sonora. Puede mostrarse que el cuadrado de la presión es proporcional a la intensidad. Una escala de decibeles para presión del sonido puede crearse de una manera análoga a la escala de decibeles para intensidad sonora. En este caso, la presión de

referencia es 20 Pa que corresponde aproximadamente al umbral del oído. Porque el cuadrado de la presión es proporcional a la intensidad, el nivel de presión sonora Lp es,

Lp = 10 log (p / pref)2 re pref (3)

Porque pref es 20 Pa (2.10-5

Pa), y 10 log p2 = 20 log p,

Lp = 20 log(p/2 .10–5) re 20 Pa (4) o

Lp = 20 log p +94 dB re 20 Pa (5)

donde p = la raíz cuadrada media (rms) del valor de presión, Pa. El oído humano responde a un ancho rango de presiones sonoras; desde el umbral de audición hasta el umbral de dolor en un rango de aproximadamente 10

14 :1. La tabla 3 da

el nivel de presión sonora de varias fuentes típicas. La escala del rango lineal para la presión del sonido en la tabla 3 es complicada en esta forma; por consiguiente, deben usarse las anotaciones equivalentes en la tercera columna. Porque el decibelio es una unidad logarítmica, no pueden agregarse dos niveles sonoros aritméticamente. Se usan dos métodos comunes para agregar decibelios.

Tabla 3 Presión sonora y Nivel Presión sonora típicos

Fuente Presión sonora

Pa

Nivel Presión sonora

dB re 20 Pa

Reacción subjetiva

Despegue de avión de reacción militar a 30 m 200 140 Peligro extremo

Fuego de la artillería a 3 m 63.2 130

Despegue de avión de reacción de pasajeros a 30 m 20 120 Umbral de dolor

Banda de Rock ruidosa a

6.3 110 Umbral de incomodidad

Plataforma de estación del metro (ruedas de acero) 2 100

Máquina diesel grande abierta a 40 m 0.6 90 Muy ruidoso

Habitación Impresora de la computadora a

0.2 80

Tren de carga a 30 m 0.06 70

Discurso interactivo a 1m 0.02 60

Acondicionador de aire de Ventana a 1 m

a 0.006 50 Moderado

Área residencial tranquila 0.002 40

Conversación susurrada a 2 m 0.0006 30

Insecto zumbando a 1 m 0.0002 20

Buen Umbral auditivo 0.00006 10 Débil

Umbral auditivo juvenil excelente 0.00002 0 Umbral de oído a Ambiente


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Tabla 4 Combinando Decibelios para Determinar el Nivel de Presión de Sonido Global

Frecuencia de Banda de octava, Hz Banda de octava

Nivel Lp, dB Antilog de Lp /10

63 85 3,2 .108

=

0,32.109

125 90 1.0 .109 = 1,0.10

9

250 92 1.6 .109

=

1,6.109

500 87 5.0 .108 = 0,5.10

9

1000 82 1.6 .108 = 0,16.10

9

2000 78 6.3 .107 = 0,06.10

9

4000 65 3.2 .106 = 0,003.10

9

8000 54 2.5 .105 = 0,0002.10

9

= 3,6432.109

10 log (3,6.109) = 96 dB

Tabla 5 Combinando Dos Niveles del Sonido Diferencia Entre Dos Niveles a ser Combinados, dB, 0 a 1 2 a 4 5 a 9 10 y Más Número de decibelios a ser agregados al nivel más alto para obtener el nivel combinado

3 2 1 0

Para un método más exacto de sumar niveles presión sonora, divida cada uno por 10 y tome el antilogaritmo. Entonces sume los antilogaritmos, tome el logaritmo, y multiplique por 10 para obtener el nivel combinado. El proceso puede usarse para agregar una serie de niveles del decibelio, como el análisis de banda de octava de un ruido (Tabla 4), para alcanzar el nivel global. Alternativamente, agregue los más grandes y próximo más grande, y repita este proceso hasta que la próxima suma tenga pequeña o ninguna influencia. El segundo método es más simple y ligeramente menos exacto; simplemente refiérase a Tabla 5 para realizar la suma deseada. Este método, aunque no exacto, da resultados con errores de 1 dB o menos.

RESPUESTA HUMANA AL SONIDO ¿Que es Ruido? El sonido se vuelve ruido cuando: • es demasiado fuerte (la conversación se hace difícil o ininteligible, o es incómodo) • es inesperado (p.e., el sonido de la ruptura de vidrio) • es desenfrenado (p.e., la cortadora de césped de un vecino) • sucede en mal momento (p.e., una puerta que cierra de golpe en el medio de la noche) • contiene tonos puros (p.e., un gemido, silbido, zumbido) • contiene información no deseada (p.e., una conversación del teléfono adyacente o música indeseable). • es desagradable (p.e., goteo de un grifo) • connota experiencias desagradables (p.e., un zumbido del mosquito o un lamento de la sirena) • es cualquier combinación de los ejemplos anteriores


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Para ser ruido, el sonido no tiene que ser fuerte, sólo no deseado. Además de ser molesto, el ruido fuerte puede causar pérdida auditiva, y dependiendo de otros factores, podría afectar el nivel de tensión y ritmo cardíaco. Prediciendo la Respuesta Humana Al Ruido Desgraciadamente, predecir la respuesta de las personas a cualquier sonido dado es a lo mejor sólo un concepto estadístico y en el peor de los casos muy inexacto. Esto es porque la respuesta al parecer no sólo es fisiológica si no también psicológica y depende del estado de actitud del oyente que puede variar. Por ello, el efecto de ruido es a menudo imprevisible. Nosotros sabemos, sin embargo, que la respuesta de personas al ruido es adversa si es considerado demasiado fuerte para la situación o si parece ―malo‖. Como resultado, la mayoría del criterio está basado en datos que toman en cuenta el nivel y forma del espectro. El nivel de presión sonora en un espacio ocupado es medido directamente con un medidor de nivel de presión sonora o es estimado de los datos de potencia sonora publicados después de considerar el volumen del ambiente, distancia de la fuente, y otros factores acústicos. Los medidores de nivel de presión sonora miden la presión sonora en la ubicación del micrófono. Las técnicas de estimación calculan presión sonora en un punto especifico de un espacio ocupado. La medición o estimación del nivel de presión sonora en bandas de frecuencia pueden entonces trazarse, analizarse, y compararse con criterios establecidos y aceptados. Calidad sonora Es necesario pero a menudo no suficiente saber el nivel de la presión sonora para determinar la aceptabilidad acústica de un espacio para los ocupantes. La calidad sonora también es importante. Factores que influyen en calidad sonora incluyen (1) la intensidad, (2) la percepción del tono, (3) el espectro de frecuencia, (4) la aspereza, (5) tiempo y fluctuación de frecuencia, y (6) la vibración. Intensidad Determinar objetivamente la reacción subjetiva en términos de intensidad es complejo; el método primario para determinar esta reacción es presentar sonidos a una muestra estadísticamente representativa de observadores humanos. Los datos indican que el oído humano es muy sensible en el rango de frecuencia media. La mayoría de los humanos puede decir que un sonido es más ruidoso que otro, más alto o más bajo, etc. Bajo las condiciones experimentales cuidadosamente controladas, los humanos pueden descubrir cambios pequeños en el nivel sonoro. Sin embargo, la reacción humana que se describe partiendo en dos o doblando la intensidad requieren un cambio en nivel de presión de sonido de aproximadamente 10 dB. Para muchas personas, el cambio perceptible mínimo es 3 dB. Esto significa que partiendo en dos la potencia de salida de la fuente causa un cambio escasamente notable en el nivel de presión de sonido, y la potencia de salida debe ser reducida por un factor de 10 ante que los humanos determinen que esa intensidad se ha partido en dos. La Tabla 6 resume el efecto de cambios en niveles del sonido para los ruidos simples de frecuencia 250 Hz y mayores.


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Tabla 6 Efecto Subjetivo de Cambios en el Nivel de Presión de Sonido, Sonidos de la Banda ancha

Cambio subjetivo Cambio objetivo en Nivel sonoro (Aproximado)

Muy silencioso Menos de -10 dB

Medianamente silencioso -10 dB

Silencioso -5 dB

Sonido apenas perceptible -3 dB

Ruido apenas perceptible +3 dB

Ruidoso +5 dB

Dos veces Ruidoso +10 dB

Mucho más ruidoso Más de +10 dB

Percepción del tono Aunque los sonidos de alto nivel generalmente son considerados ruidosos, las personas perciben sonidos que tienen tonos (p.e., un gemido o zumbido) que son particularmente molestos. El efecto del tono puede hacer a menudo que un sonido de bajo nivel se convierta en ruido. Se han hecho estudios para caracterizar sonidos con y sin tonos puros. Espectro de frecuencia El espectro de frecuencia más aceptable para el ruido de HVAC es un espectro equilibrado. Esto significa que suena neutral y también no es ―hissy‖ o sibilante (volumen de alta frecuencia) o también ―rumbly‖ retumbante (volumen de baja frecuencia). Las curvas de criterio del habitación (RC) aproximado al espectro equilibrado se juzgan aceptables por la mayoría de las personas. Ellas son líneas rectas inclinadas a -5 dB por la banda de la octava en un gráfico de nivel sonoro versus la frecuencia. Aunque todavía ampliamente en uso, el criterio de las curvas del ruido (NC) está empezando a ser reemplazado por las curvas de RC porque un RC tasado proporciona más información sobre la calidad sonora. La Figura 1 muestra un espectro sonoro interior y la manera en las que el ruido del ventilador y ruido del difusor contribuyen a ese espectro en varias frecuencias. El ruido del ventilador se ha atenuado tal que se acerca el criterio sonoro (en este caso, alrededor de un RC-35) sólo en las bandas de octava más bajas


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Fig. 1 Espectro sonoro bien equilibrado que es el resultado de la selección apropiada de las salidas de aire y la atenuación adecuada del ruido del ventilador


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Fig. 2 Frecuencias a las que varios tipos de equipos mecánicos y eléctricos generalmente controlan los espectros sonoros

Si éste fuera el único ruido presente en el espacio, sería considerado rumbly por la mayoría de los oyentes. Sin embargo, los difusores se han seleccionado para equilibrar el espectro rellenando las frecuencias más altas para que la calidad del sonido sea más agradable. Desgraciadamente, lograr un espectro sonoro equilibrado normalmente no es sencillo, podría haber una multiplicidad de fuentes sonoras para considerar. Como una guía para el diseñador, la Figura 2 muestra las fuentes de ruido mecánicas y eléctricas más comunes y regiones de frecuencia que controlan el espectro de ruido interior. El Capítulo 43 de los ASHRAE Handbook—Applications 1995 proporciona información más detallada sobre como tratar algunas de éstas fuentes del ruido.

METAS ACÚSTICAS DE DISEÑO Y LA CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS


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Estableciendo Metas de diseño La meta del diseño acústico primario para los sistemas del acondicionamiento del aire es el logro de un nivel de sonido de fondo que es discreto en calidad y lo bastante bajo en nivel que no interfiera con los requisitos de ocupación del espacio que está atendiendo. Por ejemplo, las grandes salas de conferencias, auditorios, y los estudios de grabación pueden tolerar sólo un bajo nivel sonoro de fondo antes de que se desarrollen los problemas de interferencia. Por otro lado, los niveles más altos de sonido de fondo son aceptables e incluso deseable en ciertas situaciones, como en oficinas de planta abierta, donde una cierta cantidad de enmascarado de conversación y actividad es esencial. Por consiguiente, la meta de diseño de un sistema de control de ruido depende del uso requerido del espacio. El grado de satisfacción de ocupación logrado con un nivel dado de sonido de fondo tiene muchos factores. Ser discreto, el sonido del fondo debe ser firme en nivel, neutral en carácter, y libre de los ruidos de la maquinaria identificables. El sonido de fondo debe tener las propiedades siguientes: • Una distribución equilibrada de energía sonora sobre un amplio rango de frecuencias • Ninguna característica tonal u otra audible como un gemido, silbido, zumbido, o retumbo • Ningún nivel notable de golpes variables con el tiempo u otra inestabilidad aerodinámica inducida al sistema Cuatro tipos de criterio de diseño acústico son usados por la industria del acondicionamiento de aire: Nivel de los sonidos en la escala A (dBA), las curvas de criterio del ruido (NC), las curvas de criterio del local (RC), e intensidad (sones). Una discusión más detallada de metas de diseño acústicas, así como una tabla de metas de diseño recomendadas (Tabla 2), puede encontrarse en Capítulo 43 del ASHRAE Handbook—Applications1995. Nivel sonoro en la escala A El Nivel sonoro en la escala A (LA) es ampliamente usado para señalar metas de diseño como un solo número, pero su utilidad está limitada porque no da información sobre el volumen del espectro. El método de medición es simple porque el LA puede obtenerse de una sola lectura en un instrumento de mano. El medidor normal (decibelímetro), del nivel sonoro incluye un filtro electrónico que discrimina las porciones de baja frecuencia de un espectro de ruido, compensando automáticamente a la sensibilidad más baja del oído humano para los sonidos de baja frecuencia. La Figura 3 muestra la característica del filtro de escala A y otros filtros.


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.

La escala A del nivel sonoro tiene la ventaja de identificar el nivel deseable como un solo número. Sin embargo, tiene una desventaja en eso no necesariamente tiene buena correlación con la intensidad o la molestia causada por el ruido. El nivel de comparación de escala A se usa mejor con ruidos que parecen iguales pero difieren en nivel. No debe usarse para comparar sonidos con características espectrales distintamente diferentes; es decir, dos sonidos al mismo nivel sonoro pero con volumen espectral diferente probablemente serán juzgados diferentemente por el oyente en términos de aceptabilidad como un sonido del fondo. Uno de los ruidos podría ser completamente aceptable, mientras el otro podría ser inaceptable porque su forma del espectro es retumbante (rumbly), sibilante (hissy), o de carácter tonal. Curvas de Criterio de ruido Las Curvas de Criterio de ruido mostradas en Figura 4 (Beranek 1957) se usan ampliamente. Estas curvas definen los límites que el espectro de banda de octava que una fuente del ruido no debe exceder para lograr un nivel de aceptación del ocupante. Por ejemplo, una meta de diseño NC-35 normalmente se usa para las oficinas privadas; los niveles del ruido del fondo de las salas de reuniones alcanzará esta meta, con tal de que ninguna porción de su espectro se extienda sobre la anterior curva de diseño NC-35.

Fig. 3 curvas que muestran la respuesta ponderada de A y de C


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Fig. 4 Curvas NC para especificar el nivel de diseño en términos de máximo nivel de presión de sonido permisible para cada banda de frecuencia

Dos problemas ocurren usando la meta de diseño NC:

(1) cuando el nivel NC es determinado por una cresta tangente singular, el nivel real de sonido del fondo resultante puede ser más silencioso que lo deseado para enmascarar la conversación y ruidos de actividad no deseados porque el espectro en cualquier lado de la cresta tangente cae demasiado rápidamente; y

(2) cuando la forma de la curva de NC se empareja estrechamente, el sonido resultante es rumbly (retumbante) o hissy (sibilante).

Porque la forma de la curva de NC no es un ruido sonoro neutral que está bien equilibrado, éstas, curvas deben usarse con cautela en situaciones en las que el sonido del fondo de un sistema de acondicionamiento de aire exige enmascarar la conversación y el ruido de actividad.


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Curvas de Criterio de habitación Las curvas de criterio de habitación, mostradas en la Figura 5, se diseñaron específicamente para establecer metas de diseño de sistemas HVAC. La forma de estas curvas difiere de las curvas de NC tanto en las bajas como en las altas frecuencias.

Fig. 5 Curvas RC para especificar el nivel de diseño en términos de forma equilibrada del espectro (Blazier 1981)


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La forma de la curva de RC es una aproximación íntima de un espectro sonoro neutral, bien equilibrado, Proporciona una guía siempre que los requisitos espaciales dicten que un cierto nivel de sonido de fondo sea mantenido para enmascarar u otros propósitos. El Sonido que se aproxima a una forma de curva dentro de los 2 dB sobre el rango total de frecuencias logra un equilibrio óptimo en calidad. Si el nivel de baja frecuencia (31,5 a 500 Hz) excede la curva de diseño por más de 5 dB, el sonido será probablemente juzgado rumbly; si los niveles de alta frecuencia (1000 a 4000 Hz) exceden la curva de diseño por más de 3 dB, el sonido será probablemente juzgado hissy. Otro rasgo del sistema de clasificación RC es la presencia de las áreas sombreadas en el gráfico a altos niveles de ruido de baja frecuencia. Estas regiones predicen condiciones de frecuencia y nivel bajo en el cual el ruido puede inducir a vibrar o sacudir en construcciones ligeras (paneles o techos de yeso) y sus servicios adjuntos (componentes eléctricos o el sistema HVAC). Intensidad y Nivel de Intensidad Para determinar la intensidad de un sonido, es escogido un sonido normalizado; un muestreo de comparaciones de las personas de un sonido desconocido con el sonido normalizado. El sonido normalizado aceptado es un tono puro de 1000 Hz o una banda estrecha de ruido aleatorio centrado en 1000 Hz. El nivel de intensidad de sonido se define como el nivel de presión sonora de un sonido normalizado que parece a los observadores de la muestra ser tan fuerte como el sonido desconocido. El nivel de intensidad se expresa en fonios (phons), y nivel de intensidad de cualquier sonido en fonios es igual al nivel de presión sonora en decibelios de un sonido normalizado igualmente fuerte. Por consiguiente, un sonido que se juzga sea tan fuerte como 40 dB, un tono de 1000 Hz tiene un nivel de intensidad de 40 phons. Se muestran las reacciones promedio a los tonos puros de humanos en la Figura 6 (Robinson y Dadson 1956). La reacción cambia cuando el sonido es una banda de ruido aleatorio (Pollack 1952), en lugar de un tono puro (Figura 7). Estas curvas son consideradas las de igual contorno de intensidad y fue desarrollada indicando a los individuos que comparen la intensidad de tonos o bandas de ruido aleatorio frente a otras frecuencias y niveles con la intensidad de un tono o banda centrada en 1000 Hz. Las figuras indican que la percepción humana es mas sensible a los sonidos en el rango de frecuencia media.


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Fig. 6 Perfil de Intensidad de los Tonos Puros en el campo libre


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Fig. 7 Perfiles de igual Intensidad para Bandas estrechas de Ruido aleatorias relativas Aunque la escala logarítmica de los fonios cubre un gran rango dinámico del oído, no encaja en una escala lineal de intensidad subjetiva. Un sonido que es dos veces tan fuerte como otro sonido no dobla el número de fonios; según lo previamente mencionado, sobre la mayoría del rango audible, una duplicación de intensidad corresponde a un cambio de aproximadamente 10 fonios. Para obtener una cantidad proporcional a la sensación de intensidad, una escala de intensidad se define en que la unidad de intensidad es conocida como un sonio (sone). Un sonio es igual a un nivel de intensidad de 40 fonios. La Norma ANSI S3.4 calcula la intensidad o nivel de intensidad usando datos de la banda de octavas del nivel de presión sonora como un punto de arranque. Estos datos se trazan entonces en un gráfico construido como el mostrado en Figura 8. Después de que este gráfico se traza, se obtiene el número que corresponde al índice de intensidad para cada banda de la octava. La intensidad total se calcula entonces como

S = Sm+0.3(S–Sm) (6)


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donde S = Intensidad total en sones Sm = Mayor índice de intensidad

S = suma de todos el índices de intensidad

Fig. 8 Perfiles de Índices de Igual Intensidad


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Después de que la intensidad en sonios es determinado, el nivel de intensidad en fonios puede encontrarse en el lado correcto de Figura 8. Interpretando datos de intensidad, los diferentes autores han informado valores basados en diferentes contornos de intensidad; también, varios métodos están disponibles para calcular la intensidad del número-solo o nivel de intensidad de un sonido complejo. Debido a su complejidad, en el pasado no se han usado medidas de intensidad ampliamente en la práctica de diseño. Sin embargo, debido a un aumento del conocimiento de la calidad sonora y la disponibilidad de software para calcular la intensidad, esta medida está usándose ahora más frecuentemente.

La Guía de Aplicación de AMCA 302 describe cómo el método del sonio se aplica para

calificar la intensidad relativa de sopladores y ventiladores. Este método del cálculo es normalmente aceptable cuando no hay ningún componente tonal fuerte en el espectro sonoro moderado. Un método del cálculo más complejo que usa el nivel de presión sonora de1/3 banda de octava de Zwicker (ISO Standard 532, Norma alemana DIN 45631) es más exacto prediciendo intensidad de espectros sonoros con tonos.

Pautas de Diseño Una discusión detallada en la selección de metas de Diseño sonoro, así como una tabla de recomendaciones de pautas de diseño (Tabla 2), puede encontrarse en el Capítulo 43 del Manual de aplicación de ASHRAE 1995.

En general, sin embargo, las pautas básicas siguientes son dignas de destacar:

Los niveles del sonido debajo de NC-35 o RC-35 contribuyen a una buena inteligibilidad de la conversación, mientras aquellos en o sobre NC-35 o RC-35 pueden interferir o enmascarar la conversación.

En sistemas mecánicos con volumen de aire inconstante (variable), podría no ser posible rellenar las frecuencias más altas para crear un espectro equilibrado cuando la cantidad de aire del suministro es moderada o baja. En estos casos, si la privacidad acústica es importante, puede ser necesario proporcionar cantidades controladas de ruido enmascarando electrónico o pedirle al diseñador del edificio que mejore la construcción de la aislación sonora.

Aun cuando el ruido de ocupación será significativamente más alto que el fondo anticipado el nivel del ruido mecánico generado por el equipo, la meta de diseño sonoro necesariamente no debe elevarse a niveles que se acercan el ruido de ocupación. Esto evita la escena de ocupantes que tienen que levantar sus voces incómodamente para ser oídas encima del ruido.

MIDIENDO SONIDO Medidores de Nivel sonoro El instrumento básico para medir sonido es un Medidor de Nivel sonoro. Este instrumento electromecánico -operado a batería-, es un dispositivo portátil liviano (tan pequeño como 0,3 kg), que convierte presión sonora en un punto a nivel de presión sonora. Todos los medidores de nivel sonoro pueden mostrar las fluctuaciones de tiempo del nivel de presión sonora (ningún sonido es verdaderamente constante), o puede sostener el máximo o nivel del mínimo, pero hay un tipo de medidor de nivel sonoro llamado medidor de nivel sonoro integrado que toma un promedio del nivel de presión sonora en un periodo de tiempo definible por el usuario. Las ventajas de este medidor son que es más fácil leer y las medidas son más repetibles (sobre todo si el tiempo es grande). La cantidad

medida es Leq, el nivel de presión de sonido continuo equivalente.


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Un medidor de nivel sonoro puede tener un juego de filtros usados para determinar el volumen de frecuencia del sonido. Los filtros son tanto para bandas de 1/3 de octava o la banda de la octava completa y son necesarios para la mayoría de los controles de ruido de los HVAC basados en medidas. El análisis en bandas de la octava es normalmente aceptable para evaluar ambientes acústicos en habitacións, sobre todo para determinar valores de RC. A menudo, sin embargo, el análisis de 1/3 de banda de octava es útil en las investigaciones de problemas y desarrollo del producto. Para las medidas del ruido de HVAC, filtrar las frecuencias medias para 31,5 Hz a 8000 Hz es normalmente adecuado. Los filtros usando para cubrir el rango de frecuencia de 31,5 Hz a 8000 Hz pueden exigirle a un operador subir o bajar manualmente a través de las frecuencias, una tarea que consume tiempo. Un medidor de nivel sonoro con filtros que dan todas las lecturas del filtro simultáneamente se llama un analizador del tiempo real (RTA). El RTA acelera significativamente la medición, recolección y análisis de los datos y en la mayoría de los modelos, la información puede guardarse a un dispositivo del almacenamiento digital interior o externo. Los Medidores de Nivel sonoro están disponibles en varias calidades de exactitud. Un medidor Tipo 1 tiene una tolerancia de aproximadamente ±1 dB. El medidor multipropósito que es menos caro se designa Tipo 2; tiene una tolerancia de aproximadamente ±2 dB y es útil para la mayoría de las medidas de ruido HVAC. Fundamentos de la Medición del sonido El ruido de HVAC es en general estable. No varía significativamente con el tiempo, excepto a frecuencias bajas (250 Hz y menos), así las medidas son relativamente fáciles, pero necesitan ser hechas cuidadosamente para asegurar repetibilidad y los resultados exactos. Las medidas sonoras sofisticadas deben ser llevadas a cabo por profesionales de sonido experimentados. Hay sólo un manojo de normas del ruido en la actualidad, para medir el ruido interior de equipo mecánico (Norma ASTM E 1573, Norma ASTM E 1574). La mayoría de los manuales para la Medición de los niveles del sonido incluyen secciones de cómo medir sonido. aquí están incluidos los métodos básicos que pueden ayudar al lector a hacer medidas aceptables. Determinar el espectro sonoro en un habitación o normalmente atender una queja de ruido

requieren medir los valores de Lp en las bandas de la octava de 31.5 a 8000 Hz. En casos

donde el ruido o el retumbo es la queja tonal, se recomiendan medidas de 1/3 de banda de octava debido a sus habilidades de discriminar el ruido de bandas de frecuencia estrechas. Un medidor de nivel sonoro o RTA pueden grabar el espectro. Cualquiera sea el método de

la medida, Lp está medido en un punto. En un habitación, cada punto mantiene a menudo

un valor diferente del nivel de presión de sonido; así, la situación real de la medida, detallada en el informe, es muy importante. Uno podría inspeccionar el habitación, encontrar el punto en el que muestra el nivel más alto, por ejemplo, 1,2 m (4 ft) sobre la tierra, y grabar eso. Alternadamente, uno podría medir a 0,60 m (2 ft) debajo de un registro, o en el centro geométrico exacto del habitación, mitad del camino entre el suelo y el techo. Dondequiera que sea la ubicación, debe definirse y debe grabarse. Si el medidor tiene una función de promediado, uno puede pasear el habitación mientras el medidor graba el promedio continuo de la presión sonora. Esto es aceptable siempre y cuando no haya ninguna lectura extrema en porciones del habitación. Al medir, es necesario determinar la contribución de otras fuentes (ruido en cañerías, máquinas comerciales, tráfico cercano, etc.) a la fuente de HVAC que usted está midiendo. Todas las fuentes distintas a la fuente que usted quiere medir se designa ruido del fondo. A


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veces el ruido debido a una pieza particular de equipo de HVAC debe medirse en la presencia de ruido del fondo de otras fuentes que no pueden evitarse, como tráfico del automóvil o ciertas máquinas comerciales. Determinar nivel de presión sonora debida al equipo seleccionado solo requiere hacer dos juegos de medidas, puesto con el ruido del equipo HVAC y el ruido del fondo y otro juego con sólo el ruido de fondo(con el equipo apagado). Esta situación podría ocurrir, por ejemplo, al determinar si la propiedad que se encuentra expuesta en la línea del ruido de una torre de enfriamiento cumple con una ordenanza local del ruido. La pauta dada en la Tabla 7 ayudará a determinar el Nivel sonoro de una máquina particular en la presencia de ruido del fondo.

Tabla 7 Pautas para Determinar Niveles de Sonido de Equipo en Presencia de Ruido del Fondo Contaminado

Medida A menos Medida B Corrección a la Medida A para Obtener el Nivel sonoro del Equipo

10 dB o más 0 dB

6 a 9 dB -1 dB

4 a 5 dB -2 dB

3 dB -3 dB

2 dB -4 dB

1 dB -7 dB

0 dB El nivel de los equipos es por lo menos 9 dB debajo de la Medida A

Medida A = Equipo probado más el ruido del fondo. Medida B = El ruido del Fondo exclusivamente. Las mediciones de emisiones del ruido de una pieza particular de equipo o grupo de equipos requieren un plan de medición específico a la situación. El Instituto de Acondicionamiento del aire y Refrigeración (ARI), Asociación del Control y el Movimiento de Aire (AMCA), la Sociedad americana de Comprobación y Materiales (ASTM), el Instituto de Normas Nacionales americanas (ANSI), la Sociedad Acústica de América (ASA), y ASHRAE todos publican procedimientos de la medida de niveles sonoros tanto para la medida del ruido en situaciones de laboratorio y campo. Las medidas al aire libre son algo más fáciles que en interiores porque no hay ninguna superficie límite que afecten el aumento o absorción sonoro. Los problemas importantes para destacar son el efecto de grandes superficies de reflejo sonoro cercanas y de condiciones de tiempo como viento, temperatura, y precipitación. Estos efectos pueden estimarse a través de las pautas en muchas fuentes como Harris (1991). Fuentes típicas de Sonido Siempre que la potencia mecánica se genera o se transmite, un fragmento de la potencia se convierte en potencia de sonido y se radia en el aire. Por consiguiente, bajo ciertas circunstancias, virtualmente cualquier componente de la mayoría de un sistema de HVAC podría ser considerado una fuente sonora (p.e., sopladores, bombas, conductos, tuberías, motores, etc.). Las características de la fuente sonora dependen de la construcción del componente, su forma de potencia mecánica y su integración con componentes asociados del sistema. Las características de fuente de sonido más importantes incluyen rendimiento de potencia sonora total Lw, distribución de frecuencia, y direccionamiento de la radiación Q.


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Las fuentes sonoras en sistemas de HVAC son tan numerosas que es impráctico proporcionar una descripción completa aquí. Las fuentes típicas de ruido y vibración en sistemas de HVAC son • Equipos tales como rotativos y reciprocantes (alternativos), ventiladores, motores, bombas, y enfriadores. • Ruidos del aire y los fluidos, como aquellos asociados con flujo a través de sistemas de conductos, cañerías, las rejas, difusores, las cajas terminales, colectores, y estaciones reductoras de presión. • Excitación de superficies—por ejemplo, fricción; el movimiento de uniones mecánicas; los impactos de flujos turbulentos en conductos, paneles de plenum, y cañerías; e impactos dentro de equipo, como levas y vibración de las válvulas. • Magneto estriccion (zumbido del transformador) que se vuelve significante en laminaciones de motor, los transformadores, mecanismo del interruptor, balastos de encendido, y reductores de luz. Una característica de las oscilaciones magneto estrictivas es que su frecuencia fundamental es dos veces la frecuencia de la línea (100 Hz en un sistema de 50 Hz y 120 Hz en un sistema de 60 Hz).

DETERMINANDO POTENCIA SONORA La potencia sonora no puede determinarse directamente. Más bien, se calcula a partir de las medidas de presión sonora o la intensidad sonora creadas por una fuente en uno o algunos ambientes de prueba. Normalmente se usan cuatro métodos: 1. La medida de presión sonora en un campo libre 2. La medida de presión sonora en un habitación de reverberación 3. La medida de presión sonora en un campo progresivo de onda plana en un conducto 4. Medida de la intensidad sonora en un campo no reactivo Método del campo libre Un campo sonoro en el que los efectos de los límites son despreciables encima del rango de frecuencia de interés es un campo libre. En un campo libre o en espacios donde pueden aproximarse condiciones del campo libre (p.e., paredes, pisos y techos de absorción sonora), puede determinarse la potencia sonora de una fuente sonora de varias medidas de nivel de presión sonora en una superficie esférica imaginaria centrada adelante y rodeando la fuente. Este método está basado en el hecho que, porque puede prácticamente despreciarse la absorción del sonido en aire a pequeñas distancias de la fuente sonora, la potencia sonora generada por una fuente debe fluir a través de una esfera imaginaria con la fuente en su centro. La intensidad del sonido está determinada en cada uno de los puntos midiendo alrededor de la fuente y multiplicada por el área de la esfera imaginada asociada con los puntos de medición. La potencia sonora total es la suma de estos productos para cada punto. La Norma ANSI S12.35 describe los varios métodos para calcular el nivel de potencia sonora bajo las condiciones del campo libre. La exactitud de la medida está limitada en las frecuencias más bajas por la dificultad de obtener tratamientos de las superficies del habitación que tengan coeficientes de absorción sonora altos a frecuencias bajas. Por ejemplo, una estructura en cuña de fibra vidrio que da absorción útil a 70 Hz debe estar por lo menos a 1,2 m (4 ft). Usando valores para la velocidad del sonido c para el aire a 20 ºC (68°F) y 1 At (14.7 psi) (atmósfera normal), la relación entre el nivel de potencia sonora y el nivel de presión para una fuente sonora no direccional, medida en un campo libre a una distancia r, puede escribirse como


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Lw = Lp +20 log r +0.5 dB (7) donde Lw = Nivel de presión sonora, en dB re 10

-12 W

Lp = Nivel de presión sonora, en dB re 20 Pa Las fuentes sonoras reales radian cantidades diferentes de potencia sonora en direcciones diferentes porque la fuente es de un cierto tamaño y las varias áreas de su superficie necesariamente no vibran al mismo nivel o en fase. Un modelo de direccionamiento puede ser establecido midiendo presión sonora bajo la condición de campo libre, o en un habitación anecoico o sobre un plano reflectante en un espacio semianecoico. La mayoría de las fuentes sonoras tienen características direccionales. Esto es por qué deben hacerse medidas de potencia sonora y de direccionamiento en varios puntos alrededor de la fuente. Los factores de direccionamiento Q se define como la proporción de presión sonora a un ángulo dado de la fuente sonora a la presión sonora que sería producida por la misma fuente que radia uniformemente en todas las direcciones. Q es una función de frecuencia y dirección. La Figura 30 en el Capítulo 43 de las ASHRAE Handbook—Applications 1995 proporciona información más detallada sobre direccionamiento de la fuente sonora. En muchos casos, un campo totalmente libre no está disponible, y las medidas tienen que ser hechas en un campo libre sobre un plano reflectivo. Esto significa que la fuente sonora se pone en un suelo duro (por otra parte en un habitación absorbente sonoro) o en campo del pavimento. Porque el sonido se radia entonces en un hemisferio en lugar de una esfera llena, la relación para Lw y Lp para una fuente sonora no direccional es Lw = Lp +20 log r –2.5 dB (8) Método de Campo Reverberante Un campo sonoro en el que la intensidad sonora es la misma en todas las direcciones y a cada punto debido a las reflexiones de las superficies del habitación se llama un campo reverberante. Es un método ampliamente usado por determinar ubicaciones de potencia sonora de una fuente sonora en un habitación de reverberación que tiene paredes, piso y techo reflectoras del sonido. El nivel de presión sonora es medido a una cierta distancia de la fuente y las superficies del habitación. Si la proporción de decaimiento de sonido (en dB/s) y el volumen del habitación de reverberación es conocido, el nivel de potencia sonora puede calcularse entonces del nivel de presión sonora (método directo). Alternadamente, el nivel de presión sonora de una fuente sonora de referencia (RSS) con rendimiento de potencia sonora conocido puede medirse en el habitación de reverberación, y entonces la fuente sonora desconocida puede medirse para obtener su rendimiento de potencia sonora a través de la comparación (método de la substitución). Se dan métodos normalizados para determinar la potencia sonora de equipos de HVAC en habitacións de reverberación en la norma ANSI S12.31 para cuando la fuente sonora contiene ruido de la banda ancha principalmente; en la norma ANSI S12.32 para cuando el ruido tonal es prominente; y en la norma AMCA 300 por probar los ventiladores.


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La relación entre el nivel de potencia sonora y el nivel de presión sonora en un habitación de reverberación se da por Lw = Lp + 10 log V +10 log D –47.3 dB (método directo) (9) y Lw = Lp +(Lw –Lp)ref (método de substitución) (10) donde

Lp = nivel de presión sonoro promedió encima del habitación, re del dB 20 Pa V = el volumen de habitación, m

3 (ft

3)

D = proporción de decaimiento, dB/s (Lw - Lp)ref = diferencia entre el nivel de potencia sonora y el nivel de presión sonora de la fuente sonora de referencia Algunas fuentes que pueden ser medidas por estos métodos son los acondicionadores de aire de habitaciones, compresores de refrigeración, componentes de sistemas de HVAC centrales, y los dispositivos terminales de aire. La Norma AMCA 300 y ARI Standard 880 establecen procedimientos de medición especiales para algunas de estas unidades. También pueden medirse equipos grandes que pueden operar en una área pavimentada grande, como un parque de estacionamiento, bajo las condiciones de campo libre en un plano de reflexión. Determinar la potencia sonora de equipos grandes es difícil; sin embargo, los datos pueden estar disponibles de algunos fabricantes. Método de la Onda progresivo Una forma de propagación sonora es el movimiento progresivo de una onda sonora a lo largo de un conducto. potencia sonora de un ventilador puede determinarse en un campo de onda progresivo midiendo el nivel de presión sonora dentro de un conducto. El método se describe en detalle en ASHRAE Standard 68 (AMCA Standard 330) para prueba de ventiladores en conducto. Método de Intensidad sonora El Adelanto en instrumentación acústica ahora permiten la determinación directa de la intensidad sonora, definida como la potencia sonora que fluye a través de una área unitaria de una superficie que rodea una fuente. la potencia sonora espacialmente promediada radiada por la fuente puede ser determinada midiendo la intensidad sonora sobre la esfera o hemisferio que rodea una fuente sonora. Una de las ventajas de este método es que, con algunas limitaciones, la intensidad sonora (y, por consiguiente, la potencia sonora) pueden hacerse medidas en la presencia de ruido de fondo en habitacións ordinarios y pueden eliminarse la necesidad de un ambiente de comprobación especial. Otra ventaja es que, midiendo intensidad sonora sobre las áreas restringidas alrededor de una fuente sonora, pueden ser determinados los direccionamientos sonoros. Este procedimiento puede ser particularmente útil reduciendo el ruido durante el desarrollo de productos. Internacional (ISO Standard 9614-1, ISO Standard 9614-2) y Estados Unidos (ANSI Standard S12.12) han emitido normas que prescriben métodos por hacer medidas de potencia sonora con sondas de intensidad sonora. En algunas situaciones, los campos sonoros pueden ser tan complejos que las medidas resultan imprácticas. Una preocupación particular es en los habitacións de prueba pequeños o aquellos que tienen límites algo flexibles (metal en plancha o tabiques delgados de yeso –drywall-, [tipo


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Durlok]) puede permitir la existencia de un campo sonoro reactivo (uno en el que las características acústicas del habitación lo causan, afectando el rendimiento de la potencia sonora de la fuente). Medida de ancho de banda la potencia sonora es normalmente determinada en bandas de octava o 1/3 de la banda de octava. De vez en cuando, se requiere una determinación más exacta del espectro de la fuente sonora. En estos casos, puede aplicarse un análisis de la banda estrecha, usando cualquier ancho de banda relativo constante (1/12 octava) o el ancho de banda absoluto constante (5 Hz). Los tipos del analizador frecuentemente usados son analizadores de filtros digitales para las medidas de ancho de banda de constantes relativas y los analizadores de transformadas rápidas de Fourier (FFT) para las medidas de ancho de banda absolutas constantes. Se usan resultados de análisis de banda estrecha para determinar las frecuencias exactas de tonos puros y sus harmónicas en un espectro sonoro. CONVIRTIENDO POTENCIA SONORA A PRESIÓN SONORA El proyectista requiere a menudo convertir la información del nivel de la potencia sonora de una fuente para predecir el nivel de presión sonora de una situación dada. El nivel de presión sonora en una situación dada relativa a una fuente de nivel de potencia sonora conocida depende de (1) el volumen del habitación, (2) los muebles del habitación y tratamientos de la superficie, (3) la magnitud de la(s) fuente(s) del sonido y (4) la distancia de ls(s) fuente(s) del sonido al punto de observación. La relación de la conversión clásica entre el nivel de potencia sonora y el nivel de presión sonora es

L p = L w +10 log(Q/4r2+4/R) +10.5 (11)

donde

L p = nivel de presión sonora, dB re 20 Pa L w = nivel de potencia sonora, dB re 10 W

-12

Q = Direccionamiento de la fuente sonora (adimensional) r = distancia desde la fuente, m (ft)

R = [S /(1-)], suma de todas las áreas de la superficie y sus coeficientes de absorción correspondientes m

2 (ft

2)

Si la fuente es externa, esta relación simplifica a

L p = L w + 10 log(Q/4r2)+10.5 (12)

La ecuación (12) no considera para la absorción atmosférica, efectos de tiempo y barreras. En la mayoría de los habitacións típicos, la presencia de las superficies acústicamente absorbentes del sonidos y elementos esparcidos, como mobiliario, crea una relación entre el nivel de potencia sonora y el nivel de presión sonora que son casi independiente de las propiedades absorbentes del espacio. Por ejemplo, las habitaciones de hospital que tienen


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sólo una cantidad pequeña de absorción y oficinas ejecutivas que tienen absorción sustancial son similares cuando la comparación es basada en el mismo volumen del habitación y distancia entre la fuente y punto de observación. La ecuación (13) puede usarse para estimar el nivel de presión sonora en un punto de observación escogido en un habitación normalmente amueblado. La estimación es exacta a ±2 dB (Schultz 1985). L p = L w–5 log V–3 log f–10 log r +25 dB (13) donde L p = nivel de presión sonora del habitación en el punto de referencia escogido, re dB 20

Pa L w = nivel de potencia sonora de la fuente, dB re 10 W

-12

V = volumen del habitación, m3 (ft

3),

f = la octava banda centro frecuencia, Hz, r = distancia de la fuente al punto de observación, m (ft) La ecuación (13) se aplica a una sola fuente sonora en el habitación. Con más de una fuente, el nivel de presión sonora total en el punto de observación es obtenido agregando (en una base de energía), la contribución individual de cada fuente, usando para cada fuente el L w y r correspondiente. CAMINOS DE LA TRANSMISIÓN SONORA El sonido de una fuente se transmite a un receptor siguiendo una ruta. Transportado por el aire y a través de las estructuras, los caminos de la transmisión son la preocupación principal para el diseñador de sistemas HVAC. Los caminos aerotransportados pueden ser vía la atmósfera o a través del conducto; los caminos estructurales vía los materiales sólidos, como las tablas del suelo de un edificio y los elementos estructurales. La transmisión sonora entre los habitacións ocurre vía ambos caminos de transmisión. El Capítulo 43 de los ASHRAE Handbook—Applications 1995 tiene información adicional sobre caminos de la transmisión. Transmisión aerotransportada Transmisión atmosférica. El sonido se transmite prontamente a través del aire, en el interior y al aire libre. Los caminos de la transmisión sonora interiores incluyen el camino directo (línea-de-vista) entre la fuente y el receptor, así como caminos reflejados introducidos por las paredes del habitación, suelo, techo y muebles. La propagación sonora no sigue la ley cuadrada inversa dentro (p.e., 6 dB de atenuación por duplicado de la distancia de un nivel de referencia). Al aire libre, los efectos de las reflexiones son pequeños, con tal de que la fuente no se localiza próxima a grandes superficies reflectantes. Sin embargo, el campo sonoro puede refractar y puede cambiar la dirección de propagación debido al viento y efectos de gradiente de temperatura. El campo de la propagación sonoro sigue la ley cuadrada inversa. Por consiguiente, las Ecuaciones (7) y (8) generalmente puede usarse para calcular la relación entre el nivel de potencia de sonido y el nivel de presión sonora para las condiciones de campo libre totalmente y el campo libre hemisférico, respectivamente.


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Transmisión por conducto. El conducto puede proporcionar un camino de transmisión sonora eficaz porque el sonido se contiene fácilmente dentro de los límites del conducto. El sonido se puede transmitir contra la y hacia la fuente. Un caso especial de transmisión por conducto es ¨Conversación cruzada¨ (crosstalk), donde el sonido se transmite de un habitación a otro vía el camino del conducto. Transmisión de habitación-a-habitación. La transmisión sonora Habitación-a-habitación generalmente involucra ambos caminos sonoros, aerotransportado y estructural. La potencia sonora incide en un elemento de superficie de habitación bajo tres fenómenos: (1) alguna de la energía sonora rebota del elemento de superficie en el habitación; (2) una porción de la energía sonora es perdida como trasferencia de energía en el elemento, y (3) el resto de la energía sonora se transmite a través del elemento al otro habitación. El sonido aerotransportado se radia como el elemento vibrante, y el sonido puede transmitirse por la estructura de los montantes de una partición o el suelo y superficies del techo. Transmisión por estructura Las estructuras sólidas son caminos de transmisión eficaces para sonido que frecuentemente se origina como una vibración impuesto en la estructura de transmisión. La vibración puede ser un solo impulso o una entrada de energía de estado estable. Típicamente, sólo una cantidad pequeña de la energía de la entrada es radiada por la estructura como sonido aerotransportado. Una estructura ligera con amortiguamiento inherente pequeño radia más sonido que una estructura maciza con amortiguamiento mayor. Transmisión lateral La fuente sonido del habitación de puede desviar por el elemento de separación primario y puede entrar en el habitación receptor a lo largo de caminos laterales. El sonido común que flanquea caminos incluye los plenos de retorno de aire, puertas, y ventanas. Los caminos menos obvios están a lo largo del suelo y las estructuras de la pared inmediatas. Tales caminos laterales pueden reducir seriamente el aislamiento sonoro entre los habitacións. El flanqueado puede explicar el pobre aislamiento sonoro entre los espacios, cuando la partición entre los espacios se conoce puede ser un aislador sonoro muy bueno. También puede explicar los sonidos generados en un habitación que se oye en otro a una gran distancia. Determinar el Sonido que flanquea caminos puede ser difícil y debe ser hecho por un oyente especializado, experimentado oyendo sonido flanqueado típico. También pueden usarse métodos de intensidad sonora para determinar caminos laterales. CONTROLANDO EL RUIDO Terminología Los siguientes términos no intercambiables se usan para describir el funcionamiento acústico de muchos componentes del sistema. La Norma ASTM C 634 define los términos adicionales para describir parámetros de funcionamiento acústicos. La atenuación sonora es un término general que describe la reducción del nivel de sonido cuando viaja de una fuente a un receptor. Pérdida de inserción [Insertion Loss(IL)] de un silenciador u otro elemento atenuador de sonido se expresa en dB y es definido como la disminución del nivel de presión de sonido o el nivel de intensidad sonora medidos en un receptor cuando el silenciador o un elemento atenuador de sonido se inserta en el camino entre la fuente y el receptor. Por ejemplo, si un pedazo recto de conducto sin aislamiento se reemplaza con un silenciador de conducto,


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la diferencia de nivel sonoro sería considerada la pérdida de inserción del silenciador. Típicamente se hacen medidas en bandas de octava o 1/3 de la octava. Pérdida de la transmisión [Transmission loss (TL)] de una partición o otro elemento del edificio se expresa en dB y es la pérdida igual a 10 veces logaritmo de base 10 de la relación de la incidencia de potencia sonora aerotransportada en la partición y la potencia sonora transmitida por la partición y radiada en el otro lado. Se miden típicamente en bandas de octava o 1/3 de la octava. En el Capítulo 43 de los ASHRAE Handbook-Applications 1995 se define el caso especial de pérdida de transmisión por las fugas a través de las paredes del conducto. Reducción del ruido [Noise reduction (NR)] también se expresa en dB y es la diferencia promedio entre el espacio-tiempo del nivel de presión sonora de dos espacios adjuntos. Normalmente estos dos espacios son dos habitacións adyacentes llamados, respectivamente, el habitación de la fuente y el habitación receptor. Se hacen medidas típicamente en bandas de octava o 1/3 de la octava.

El Coeficiente de absorción sonora (Sound absorption coefficient) es un fragmento de la energía sonora incidente que es absorbido por un material de construcción o ensambladura. Es medido usando 1/3 de octava de la banda ancha de ruido y es reportado normalmente en las bandas de octava centrales en todas las frecuencias. El valor de un material en una banda de la octava específica depende del espesor del material, resistencia del flujo de aire, rigidez, y método de atadura a la estructura de apoyo. El revestimiento del conducto y del pleno son materiales normalmente fibrosos con valores de absorción sonora altos a medias y altas frecuencias. La propagación esférica (Spherical spreading) es la disminución en intensidad sonora debido a los efectos del cuadrado inverso de la ley de la propagación desde el punto de una fuente. Ocurre cuando la fuente sonora se localiza en espacio libre o se posiciona en un plano de reflexión. Dispersión (Scattering) es el cambio en la dirección de propagación sonora debido a un obstáculo o heterogeneidad del medio de transmisión. Esto Causa que la energía sonora incidente se disperse en muchas direcciones. Cercamientos y Barreras El cerramiento de una fuente del ruido es uno de los medios más comunes de controlar la transmisión sonora aerotransportada. Un simple panel homogéneo, con una sola capa de drywall, tiene un cierto peso por unidad de superficie o masa por unidad de área y una cierta rigidez y resistencia interior; el TL de semejante tablero tiene una característica de frecuencia como el mostrado en la Figura 9. Para la mayoría de los materiales comunes, las frecuencias audibles están en la parte de masa-controlada de la curva. El TL de un panel flácido sin rigidez, con sonido que choca perpendicular al panel, se designa como TLO y es modelado por la ecuación de ley de masa para el sonido de incidencia normal, dando, TLo = 20 log ws f–28 dB (14) donde ws = masa de la superficie de panel, kg/m² (lb/ft²), f = frecuencia, Hz,


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Para los paneles homogéneos, los materiales pesados atenúan el sonido mejor que los materiales ligeros. La pérdida de la transmisión en un campo sonoro difuso se promedia de todos los ángulos de incidencia obtenidos.

Así, la incidencia de pérdida de transmisión aleatoria de materiales del edificio comunes es a menudo típicamente aproximadamente 5 dB menos de la incidencia normal TL. Se ha vuelto práctica común usar la ley de masa para la incidencia de campo que es una expresión empírica que está mejor de acuerdo con los datos medidos: TLo = 20 log ws f–33 dB (16) Si los campos sonoros en ambos lados de un panel son difusos, el NR del panel es una función de su área Sp, y el ar de absorción sonora total, en el espacio receptor, según la ecuación siguiente,: NR = TL +10 log ar –10 log Sp dB (17) Porque se expresa la absorción sonora total en un habitación como el área equivalente de absorción sonora perfecta, Sp y ar se expresan en unidades consistentes, normalmente m² (pies cuadrados). La evaluación de la clase de transmisión sonora [sound transmission class (STC)] de una partición o ensamble se usa a menudo en arquitectura para clasificar la performance del aislamiento sonoro. Sin embargo, las evaluaciones STC no deben usarse como un indicador de la habilidad de un ensamble de controlar ruido de cualquier fuente que es rica en frecuencias bajas. Esto es porque el sistema de evaluación STC fue desarrollado para tratar con las frecuencias de fuentes sonoras de la conversación (125 a 4000 Hz).

Fig. 9 Pérdida típica de la Transmisión del Panel


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Los espectros de un ruido de enfriador (Chiller) son similares en forma a los espectros de la conversación, para que las evaluaciones STC de una pared pueden usarse para seleccionar una pared o losa de habitación de chiller. Sin embargo, la mayoría los espectros de ruido de los ventiladores tienen ruido de baja frecuencia dominante; por lo tanto, para aislar ruido del ventilador, paredes y losas sólo deben seleccionarse la performance de pérdida de transmisión sonora en base a la banda de octava, particularmente a frecuencias bajas. Es posible para una división de drywall tener una STC más alta que la de una pared de albañilería, todavía es probable que la pared de albañilería aísle la mayoría de las fuentes de ruido HVAC más eficazmente. Debido al rango de frecuencia limitado y la discriminación de frecuencia selectiva de la mayoría de los sistemas que evalúan solo números, el diseñador debe basar la división y selecciones de las losas en los valores de pérdida de la transmisión sonora en la banda de octava en lugar de meras evaluaciones de valores numéricos. La reducción del ruido de un cercamiento puede ser severamente comprometida por aperturas o pérdidas en el cercamiento. Conductos que llegan o pasan a través de un espacio ruidoso pueden llevar sonido a muchas áreas de un edificio. Los proyectistas deben considerar este factor cuando diseñen los conductos, cañerías y los sistemas eléctricos. La atenuación de Ruido en Conductos y Plenos Todo los conductos, incluso en un conducto de metal sin planchas de forro acústico o atenuadores de sonido, reduce sonido hasta cierto punto. La atenuación natural de un conducto sin forrar es mínima pero puede que, para los largos recorridos de conductos rectangulares, reduzca significativamente el sonido transportado. El forrado acústico de los conductos puede atenuar grandemente la propagación de sonido a través de los mismos, particularmente a frecuencias medias y altas. El Capítulo 43 de los 1995 ASHRAE Handbook—Applications tiene una discusión detallada de atenuación de conductos forrados y sin forrar. Si las muestras del análisis indican que los conductos forrados no reducirán la propagación sonora adecuadamente, pueden usarse los atenuadores de sonido disponibles comercialmente (también conocidos como trampas del sonido o silenciadores de conducto). Hay tres tipos: el disipativo, reactivo y activo. los dos primeros son conocidos normalmente como atenuadores pasivos. Los atenuadores disipativos contienen deflectores (Baffles) de metal en planchas perforadas, que restringen la anchura del aérea de pasaje dentro del alojamiento del atenuador. Los Baffles están llenos con aislamiento de fibra mineral baja densidad. Este tipo de atenuador es muy eficaz reduciendo la energía sonora de media y alta frecuencia. Los atenuadores reactivos son similares a los atenuadores disipativos sólo que los Baffles no están llenos de ningún material con fibras, pero en cambio se subdividen en una serie de cavidades que absorben energía sonora incidente vía el concepto del resonador de Helmholtz. Este tipo del atenuador se usa típicamente en sistemas de HVAC que sirven hospitales, laboratorios, u otras áreas con normas estrictas de calidad del aire. Porque los atenuadores reactivos no contienen materiales fibrosos, ellos no son tan eficaces como los atenuadores disipativos. Por consiguiente, para la performance igual, un atenuador reactivo debe ser más largo que un atenuador disipativo. Los primeros atenuadores activos para los sistemas de HVAC comerciales se han instalado durante sólo un corto tiempo. Los experimentos controlados de laboratorio han mostrado que esos atenuadores activos pueden tanto reducir eficazmente el ruido tonal y banda ancha en la banda de octavas desde los 31 hasta 250 Hz; se han logrado pérdidas


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de inserción de tanto como 30 dB bajo condiciones controladas. Los sistemas de atenuadores activos usan micrófonos, fuertes altavoces, y la electrónica apropiada para reducir el ruido en el conducto generando ondas sonoras en fase inversa que interfieren destructivamente con la energía sonora incidente. Porque los micrófonos del sistema y altavoces son montados a ras con la pared del conducto, no hay ninguna obstrucción al flujo de aire y, por consiguiente, una caída de presión despreciable. Porque los atenuadores activos no son eficaces en la presencia de flujo de aire excesivamente turbulento, su uso se limita a las secciones del conducto relativamente largas, rectas con una velocidad de aire menor que 7,62 m/s (1500 fpm). Los atenuadores y materiales de revestimiento de conducto se prueban según la Norma ASTM E 477 que define la performance acústica y aerodinámica en términos de pérdida de la inserción del ruido auto-generado (o auto-ruido), y la pérdida de presión del flujo de aire. La performance de pérdida de inserción es medida en presencia de los dos tipos de flujo; directo e inverso. El flujo directo o positivo ocurre cuando el movimiento del aire y el sonido van en la misma dirección, como en el suministro de aire o sistema de descarga del ventilador; el flujo inverso o negativo ocurre cuando el aire y el sonido viajan en direcciones opuestas, como en el caso del aire de retorno o sistema de succión del ventilador. El auto-ruido puede limitar la pérdida de inserción eficaz de un atenuador para velocidades aéreas mayores a 10 m/s (2000 fpm). Tenga extrema cautela al repasar los datos de performance de los fabricantes para los atenuadores y materiales de revestimiento de conducto para estar seguro que las condiciones de la prueba son comparables a las condiciones específicas del diseño. Pérdidas de extremo de reflexión debidas al cambio abrupto en el área transversal del conducto a veces es útil para controlar frecuencias bajas. El efecto de extremo de reflexión puede aumentarse al máximo al final del recorrido de un conducto diseñando los últimos cm (pies) de conducto con la dimensión característica de menos de 38 cm (15¨). La reducción de ruido de baja frecuencia es inversamente proporcional a la dimensión característica. Donde el espacio está disponible, un plenum revestido puede proporcionar excelente atenuación en un ancho rango de frecuencias. La combinación de extremo de reflexión a la entrada y la salida del plenum y, una distancia grande entre la entrada y la salida, y el forro fono-absorbente en las paredes del plenum puede ser tan eficaz como un atenuador sonoro, pero con menos pérdida de presión. El Capítulo 43 del ASHRAE Handbook—Applications 1995 tiene información adicional sobre el control de ruido.


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VIBRACIÓN PRINCIPIOS DE AISLAMIENTO de VIBRACIÓN Un máquina rígidamente montada transmite todo las fuerzas vibratorias a su estructura de apoyo. Esta vibración puede aislarse o, más realísticamente, reducir a un fragmento de la fuerza original insertando monturas elásticas entre el equipo y la estructura del edificio. Esta sección, la sección en Fundamentos de Medida de Vibración, y Capítulo 43 del ASHRAE Handbook—Applications 1995 es útil seleccionando aisladores de vibración, y analizando y corrigiendo problemas en el campo de vibración. Los términos siguientes se aplican al aislamiento de vibración: M = masa del equipo, lbf·s

2/in.

Mf = masa del suelo, lbf·s2/in.

k = rigidez del aislador, lbf/in. kf = rigidez del suelo, lbf/in. F = fuerza vibratoria, lbf, fd = frecuencia de fuerza vibratoria (frecuencia perturbadora), Hz fn = frecuencia natural del aislamiento de vibración, Hz, ff = frecuencia natural de suelo, Hz,

st = deflexión estática del aislamiento de vibración, pulg. T = transmisibilidad, adimensional

X¨() = aceleración del sistema en el tiempo , pulg/s2,

X () = desplazamiento del equipo en el tiempo , pulg.

Xf () = desplazamiento de suelo en el tiempo , pulg. La evaluación de vibración requiere el estudio del movimiento del sistema. La mayoría de las aplicaciones pueden tratarse como sistemas de uno o dos grados de libertad donde sólo el movimiento a lo largo del eje vertical es considerado, despreciando la amortiguación. La Figure 10 muestra esquemáticamente un solo grado de sistema de libertad donde la ecuación de movimiento es

MX¨ +kX() = Fsin (fd)

El Desplazamiento (valor absoluto) es dado por

Fig. 10 Sistema de Un solo Grado de Libertad


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(19)

Donde

fn = [1/(2(k/M)1/2

] La transmisibilidad (valor absoluto) de la estructura a construir es dada por

(20)

La

vibración perturbadora puede ser causada por desequilibrio, desalineación, excentricidades en componentes rotantes, o los rodamientos defectuosos; si la frecuencia de la vibración perturbadora no es conocida, puede considerarse que la rotación más baja (rpm/60 s = rps) es la frecuencia. La transmisibilidad T es la proporción de energía transmitida por el aislador (al suelo) de la fuerza aplicada por el equipo. Para resortes aisladores normalmente usados con equipos de HVAC, la frecuencia natural f del aislador es una función desviación estática del aislador la (la distancia comprimida de los resortes) bajo el equipo apoyado), como es mostrado en la Figura 11.

Fk X =----------------------- 1–(f0/fn)

2

1 T =----------------------- 1–(fd/fn)

2

Fig. 11 Frecuencia natural de Aisladores de Vibración


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La Ecuación (20) indica que la cantidad de energía transmitida es una función del cuadrado de la relación de perturbación de frecuencia del aislador fd y la frecuencia natural fn. Como es mostrado en la Figura 12, cuando fn = fd el denominador de la Ecuación (20) es igual a cero y teóricamente existe la transmisión infinita condición de conocida como resonancia. En condiciones resonantes reales, siempre existe algún límite a la transmisión debido a las características amortiguadoras del aislador y las estructuras. Cuando el fd /fn > 2

1/2, se

verifica el aislamiento. La curva de transmisibilidad se vuelve casi asintótica en una proporción de fd/fn de aproximadamente 5:1; se requiere un aumento grande en la proporción de fd/fn para favorecer la reducción de transmisibilidad.

Fig. 12 Transmisibilidad de vibración T como Función de fd/fn


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La Figure 13

indica el

desplazamiento del equipo de acuerdo con la Ecuación (19). Esto es similar a la curva de la transmisibilidad (Figura 12) ese desplazamiento de equipo es muy grande a la resonancia y disminuye cuando el fd es mayor que fn y el aislamiento ocurre. Note lo siguiente: 1. El desplazamiento de equipo es mayor con aisladores que sin aisladores. Sin

aisladores, el desplazamiento es una función de fuerzas vibratorias que actúan contra la rigidez del equipo; con aisladores, el desplazamiento del equipo varía linealmente con la masa total del sistema.

Fig. 13 desplazamiento de Equipo en Aisladores de Vibración


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2. La masa de equipo no tiene efecto en la transmisión hacia la estructura a través del aislador (Figura 14).

Una vez en el rango de eficiencia del aislamiento, la curva se aplana hacia afuera e indica que la rigidez del aislador tiene efecto pequeño en el desplazamiento del equipo. Esto es

porque como la rigidez del aislador k disminuye, la desviación del aislador st aumenta y produce un fn de frecuencia natural más baja (vea Figura 11). Por consiguiente, como disminuye k, el denominador de la Ecuación (19) aumenta más rápidamente que el numerador, y el desplazamiento del equipo realmente disminuye. Como es mostrado, una pieza de 454 kg (1000 lb) del equipo instalado sobre aisladores con rigidez k de 454 kg (1000 lbf/in), resulta en una deflexión de 1 in para un sistema con la frecuencia natural fn de 3,13 Hz. Si se ópera el equipo una 564 rpm (9,4 Hz), y desarrolla una fuerza de 45,36 kg (100 lb), una fuerza de 5,67 kg (12,5 lbf) se transmite a la estructura. Si la masa del equipo se aumenta a 4536 kg (10000 lb) poniéndolo en una base de inercia de concreto, y los resortes se cambian para proporcionar una rigidez k de 4536 kg/cm (10000 lbf /in), la desviación todavía es 1 in., se mantiene la frecuencia natural del sistema a 3.13 Hz y la fuerza, 5,67 kg (12.5 lbf), se transmite al resto de la estructura.

Fig. 14 Efecto de Masa en la Transmisibilidad


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Fig. 15 Sistema de dos Grados de Libertad

La masa aumentada del segundo ejemplo reduce el desplazamiento x del equipo. Resolviendo la Ecuación (19) para ambos ejemplos resulta en un desplazamiento de 0,032 cm (0.0125 in) para la unidad de 454 kg (1000 lb) y un desplazamiento de 0,003 cm (0.00125 in) para el sistema los 4536 kg (10000 lb) unidad / base inercial. Éste es uno de los propósitos de poner algún equipo de gran potencia o muy excéntrico sobre almohadillas de inercia. La masa mayor permite los resortes más rígidos y menos movimiento del equipo. La discusión anterior asume una estructura de apoyo infinitamente rígida que no es el caso para la mayoría de las situaciones piso-superior. Esta condición puede ser representada por un sistema de dos grados de libertad, mostrado esquemáticamente en Figura 15, donde el desplazamiento de equipo está de acuerdo con la siguiente ecuación (valor absoluto):

(Fk)[1 +(kkf) – (fdff)2]

X =----------------------------------------------------- (21)

[1 –(fd/fn)2] [1+ (kkf) – (fdff)

2] – k/kf]

El desplazamiento del suelo es de acuerdo con (valor absoluto):

Fk Xf =----------------------------------------------------- (22)

[1 –(fd/fn)2] [1+ (kkf) – (fdff)

2] – k/kf]

La Transmisibilidad a los apoyos de la columna es (valor absoluto):

1 Tc =----------------------------------------------------- (23)

[1 –(fd/fn)2] [1+ (kkf) – (fdff)

2] – k/kf]

El denominador de las Ecuaciones (21), (22), y (23) es el mismo; y cuando se acerca a cero, la resonancia ocurre y produce excesiva transmisibilidad así como el excesivo desplazamiento del equipo y del suelo. La rigidez del suelo es incluida en la relación de rigideces k/kf del aislador y el suelo. Si las deflexiones totales del suelo y del aislador son las mismas, no significa que el suelo y los aisladores son de igual rigidez. La deflexión del aislador es una función de la masa del equipo y la rigidez del aislador, mientras la deflexión del suelo es una función de su propia masa y la relación resorte / suelo. Si los equipos se alojan en el suelo que es 10 o más veces más rígido que los aisladores de resorte usados para apoyar el equipo, entonces el k/kf se pone tan pequeño que no es significante. A menudo, éste no es el caso. Para equipos grandes, refiérase a la tabla 42 en el Capítulo 43 de los ASHRAE Handbook—Applications 1995. La frecuencia natural del suelo ff es crítica porque si es igual o cerca de la frecuencia perturbadora fd, existe una condición resonante y produce movimiento excesivo del equipo y el suelo, así como la transmisión de vibración a la estructura del edificio. La frecuencia natural del suelo es una función de su masa y rigidez flexional que dependen del material


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el tipo de construcción, geometría, y condiciones de apoyo. La deflexión del suelo puede indicar problemas potenciales; como la deflexión del suelo aumenta, la frecuencia fundamental de vibración de suelo disminuye. Si el fd no es por lo menos tres veces ff, existe la posibilidad de una condición resonante, y deben ser consideradas las siguientes aproximaciones: 1. Reubique el equipo. 2. Cambie la velocidad operativa del equipo para lograr una relación fd/ff de por lo menos 3:1. 3. Rigidice la estructura para aumentar la ff. 4. Aumente la deflexión del aislador, decreciendo por consiguiente la fn. 5. Aumente la masa Mf bajo los aisladores. De estas opciones, aumentar la deflexión del aislador, es normalmente la más barata en el caso que los aisladores seleccionados deberán proporcionar una relación fd/fn de aproximadamente 10:1. Por ejemplo, si la fn es 15 Hz, es deseable un aislador con una fd de aproximadamente 1.5 Hz el que puede ser provisto por un sistema de aislamiento de deflexión 10 cm (4 in). En ciertas situaciones, sobre todo para grandes equipos de baja-velocidad que opera debajo de 10 Hz, una de las otras opciones podría ser más útil o rentable. FUNDAMENTOS de MEDIDA de VIBRACIÓN Mientras el control del ruido y vibración en un sistema HVAC es de igual importancia, la medida de vibración no es normalmente necesaria para determinar las fuentes o caminos de la transmisión del ruido perturbador. Además, se especializan las técnicas e instrumentación usadas para la medida de vibración y análisis, y una descripción completa está más allá del alcance de este libro. Por consiguiente, los diseñadores deben consultar otras fuentes (p.e., Harris 1991) para las descripciones completas de medida de vibración y métodos del análisis. Las vibraciones típicas medidas son movimientos periódicos de una superficie. Este desplazamiento de la superficie oscila con uno o más frecuencias producidas por medios mecánicos (p.e., engranajes), medios termales (p.e., combustión), o los medios fluido-dinámicos (p.e., Flujo de aire a través de un conducto o interacciones del ventilador con el aire). El desplazamiento es en general inversamente proporcional a la frecuencia. En otras palabras, si los desplazamientos son altos, la frecuencia es baja. Para la mayoría de las medidas de vibración, nosotros estamos interesados en frecuencias entre 30 Hz y 500 Hz. El componente que detecta al movimiento de la superficie y lo convierte a señales eléctricas para el análisis se llama un transductor. El transductor puede detectar el desplazamiento, velocidad, o aceleración de una superficie. El desplazamiento es la medida básica, y es bueno para frecuencias bajas. La velocidad es buena para las medidas globales, pero los transductores son normalmente grandes. Para la mayoría de las aplicaciones de HVAC el transductor de opción es un acelerómetro, un dispositivo que detecta aceleración. Es robusto y compacto. El acelerómetro se conecta a un amplificador que a su vez conecta a un medidor de nivel sonoro como el mencionado en la sección en Medir Sonido. Las lecturas, sin embargo, pueden estar en nivel de aceleración (en decibelios) o aceleración (con modificadores de cresta, cresta-a-cresta, o rms). Cada una de estas descripciones da una lectura diferente para la misma señal. No importa que transductor se usa, el rendimiento puede estar en cualquier forma de aceleración, velocidad, o desplazamiento. El transductor no determina la cantidad final, pero el medidor y el dispositivo indicador pueden convertir relativamente fácilmente entre las cantidades de salida.


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La medida más simple es la señal global como una función de tiempo (p.e., aceleración, nivel de aceleración, u otra cantidad). Esto es análogo al nivel de presión para el sonido no filtrado. Si se necesita un análisis de frecuencia detallado, hay una opción de filtros similar a esos disponible para las medidas sonoras: Banda de octava, 1/3 de banda de octava, o filtros de 1/12 de banda de octava. Hay además analizadores de la banda estrecha que usan transformadas rápidas de Fourier, (FFTs) para analizar y filtrar una señal. Ellos se usan ampliamente pero sólo se recomiendan para especialistas.

Las pautas importantes en medida de vibración son: 1. Preste atención a la capacidad de frecuencia del transductor; debe ser apropiado a la medida. 2. Monte el transductor apropiadamente; por otra parte, no medirá la respuesta de frecuencia exigida. 3. Recuerde que las sondas manuales no son buenas para medir frecuencias altas.


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