Manual Laboratorio Ruidos

RUIDOS MANUAL LABORATORIO DE HIGIENE INDUSTRIAL I

Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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ÍNDICE Página 1. GENERALIDADES...........................................................................................................3 2. FÍSICA DEL SONIDO.......................................................................................................4 2.1. Ondas Sonoras..................................................................................................................4 2.2. Tonos Puros......................................................................................................................5 2.3. Frecuencia........................................................................................................................6 2.4. Longitud de Onda.............................................................................................................6 2.5. Velocidad del Sonido.......................................................................................................6 3. PRESION SONORA...........................................................................................................7 4. INTENSIDAD SONORA ( I )............................................................................................9 5. POTENCIA SONORA ( W )..............................................................................................9 6. PRESION SONORA EFECTIVA O RMS.......................................................................10 7. ANALISIS DE FRECUENCIA........................................................................................11 8. EL DECIBEL....................................................................................................................13 9. NIVEL DE PRESION SONORA, NPS............................................................................14 10. NIVEL DE INTENSIDAD SONORA, NI.....................................................................16 11. NIVEL DE POTENCIA SONORA, NWS.....................................................................17 12. DOSIS DE RUIDO, D....................................................................................................20 13. COMBINACIÓN DE NIVELES SONOROS................................................................27 14. TIPOS DE RUIDO..........................................................................................................32 15. CARACTERISTICAS DE FUENTES DE RUIDO Y PROPAGACIÓN......................32 15.1. FUENTE DE RUIDO NO DIRECCIONAL EN UN CAMPO LIBRE.......................33 15.2. FUENTE DE RUIDO DIRECCIONAL EN UN CAMPO LIBRE.............................33 15.3. FUENTE DE RUIDO EN UN CAMPO NO LIBRE...................................................35 15.3.1 ABSORCION DE SONIDO......................................................................................35 15.3.2 COEFICIENTE DE ABSORCIÓN...........................................................................36 15.4. CAMPO REVERBERANTE.......................................................................................38 16. MEDICION DEL SONIDO............................................................................................41 17. INSTRUMENTOS DE MEDICION SONORA.............................................................47 18. CONTROL DE RUIDO..................................................................................................53 19. DECRETO SUPREMO Nº 594, REGLAMENTO SOBRE CONDICIONES SANITARIAS Y AMBIENTALES BÁSICAS EN LOS LUGARES DE TRABAJO........66 1. GENERALIDADES Los procedimientos de trabajo que se vinculan con las operaciones donde hay una corriente de gas o vapor, tomas de aire, turbinas, descargas de aire comprimido, motores, bombas estampados de metal y amoladura para citar sólo algunas, exponen al trabajador a niveles de ruido que pueden producir anormalidades auditivas en forma permanente si el nivel de ruido y el tiempo de exposición se prolonga excesivamente. Sin embargo, la mayoría de los ruidos industriales pueden reducirse a niveles aceptables mediante un programa apropiado de controles técnicos y administrativos y el uso de equipos de protección personal, cuando éstos son necesarios. Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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Un programa completo de conservación auditiva requiere la identificación de las áreas de trabajo donde el ruido supone un peligro, la reducción de todos los niveles excesivos, el control de los niveles auditivos del personal y la creación de un programa efectivo de protección auditiva. De hecho, la forma ideal de prevenir una pérdida auditiva consiste en eliminar el ruido en su fuente de origen. Hasta que estos controles técnicos se desarrollen y se los obligue a usarlos, o en caso de que no sean factibles, la decisión por parte de la gerencia de rotar a los trabajadores para sacarlos de los lugares ruidosos o de parar periódicamente las máquinas ruidosas, puede reducir a un nivel seguro la dosis de ruido que reciben. La reglamentación actual para la conservación auditiva exige una “protección contra los efectos de una exposición al ruido” que exceda de los niveles establecidos (Artículo 77 y Artículo 81, Decreto Nº 594 de 1999). La exposición se calcula por el nivel de ruido y su duración. La exposición a diferentes niveles de ruido durante un día de trabajo se computa por una fórmula mediante la cual se calcula la suma de las relaciones del tiempo real de exposición con respecto al tiempo de exposición permisible en cada nivel de ruido. Si un trabajador se expone a ruidos que sobrepasen los niveles establecidos o cuando la formula de exposición mixta da por resultado una suma mayor a uno, la reglamentación vigente exige “controles administrativos o técnicos factibles”. Sí estos controles no pueden encuadrar al ruido dentro de niveles permisibles, deberán suministrarse y usarse equipos de protección personal. 2. FÍSICA DEL SONIDO El ruido es frecuentemente definido como cualquier sonido molesto. Es una forma de vibración que puede conducirse a través de sólidos, líquidos o gases. Es una forma de energía en el aire, vibraciones invisibles que entran al oído y crean una sensación. Los sonidos de cualquier clase que sean pueden percibirse con agrado en un momento y repudiarse en otro. En el funcionamiento de máquinas industriales, se aplican fuerzas desequilibradas a ciertas partes, lo cual puede producir el desplazamiento o movimiento de dichas partes. Estos desplazamientos o movimientos son vibraciones que crean ondas sonoras por el aire. Cuando las personas entran en contacto directo con el ruido pueden producirse efectos indeseables. El sonido es una forma de energía ondulatoria, la cual generalmente aparece como variaciones en la presión y densidad de la atmósfera. 2.1. Ondas Sonoras Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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Una fuente sonora que es familiar y físicamente simple es el Diapasón. Cuando se golpea, las puntas vibran de arriba hacia abajo poniendo en movimiento el aire de los alrededores. El movimiento relativo del aire en las regiones vecinas causa fluctuaciones de presión por arriba y por debajo de la presión atmosférica. Estas fluctuaciones de presión conocidas como compresiones (zonas de aumento de presión) y enrarecimientos (regiones de reducción de presión) viajan fuera de la fuente en todas direcciones y producen una onda una onda sonora. (Figura I).

FIGURA I

En un campo libre o sea en áreas donde no hay obstáculos que interfieran con la propagación de la onda, una fuente sonora puntual radia sonido igualmente en todas direcciones y propaga lo que se llama sonido esférico. Una superficie cualquiera, sobre esta esfera que se expande se conoce como una onda frontal. En este tipo de campo las variaciones de la presión disminuyen inversamente con la distancia desde la fuente. 2.2. Tonos Puros El sonido producido por un Diapasón es un tono simple, puro y estable o sea un sonido de una sola frecuencia. De hecho es a menudo llamado un tono puro. La variación de presión para semejante tono corresponde a la curva sinusoidal mostrada en la Figura I cuya ecuación se expresa como: X = A sen ω t Ecuación 1 Ecuación que corresponde al Movimiento Armónico Simple. Donde: X A

expresa la presión la presión máxima en un ciclo dado Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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ω t

es igual a 2π veces la frecuencia el tiempo

2.3. Frecuencia Símbolo f. Unidad Herzio (Hz). Es el número de pulsaciones de una onda acústica sinusoidal ocurrida en el tiempo de un segundo. A veces se utiliza el concepto de velocidad angular (o frecuencia angular), relacionada con la frecuencia mediante la expresión: ω=2 π f Periodo: Símbolo T. Unidad segundo (seg.). Es el tiempo transcurrido en completar un ciclo. Su relación con la frecuencia es: 2π 1 T = = f ω Elongación : Símbolo X. Es el desplazamiento del punto en vibración respecto a su posición de equilibrio. Cuando la elongación es máxima se denomina amplitud (A) X = A sen 2 π f t O, empleando la frecuencia angular

X = A sen ω t

2.4. Longitud de Onda La distancia recorrida por una onda durante un tiempo igual al período T se llama longitud de onda, es decir la distancia entre el máximo de una compresión al máximo de la siguiente, y se designa por la letra griega lambda (λ). Y esta dada por:

λ =CT =Cf C = velocidad del Sonido f = frecuencia T = Periodo 2.5. Velocidad del Sonido. La velocidad del sonido en un medio particular se define como el producto de la frecuencia y la longitud de onda. C = f λ Ecuación 2 C = velocidad del sonido f = frecuencia λ = longitud de onda La velocidad del sonido en el aire, varía ligeramente con la temperatura y está dada aproximadamente por la formula: Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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C = 1.052 + 1,106 t

( pie

/ seg

)

Ecuación 3

Donde: C = velocidad del sonido en pies por segundos t = temperatura ambiente en º F A una temperatura de 32 ºF, o 0 ºC, la velocidad del sonido en el aire es de 1087 pies/seg, o 331,3 m/seg. La velocidad del sonido aumenta en 1 pie/seg por cada ºF y 0,65 m/seg por cada ºC. En un medio homogéneo, la velocidad del sonido es independiente de la frecuencia; esto significa que en tal medio los sonidos de todas las frecuencias viajan a la misma velocidad. En medios diferentes y a una frecuencia dada, la longitud de onda varía directamente con la raíz cuadrada de la densidad, pero inversamente con la raíz cuadrada de la compresibilidad del medio de transmisión. La velocidad del sonido es aproximadamente: En el agua : 4.700 pies/seg En la madera: 13.000 pies/seg En el acero : 16.500 pies/seg 3. PRESION SONORA

FIGURA II

Es fácil ver que estas dos variables, frecuencia y longitud de onda, no describen completamente el tono producido por el diapasón. Este puede ser golpeado ligeramente y produce un sonido débil o firmemente y produce un sonido fuerte (Figura II). Ambos sonidos tendrán exactamente la misma frecuencia y longitud de onda puesto que las puntas vibrarán de arriba hacia abajo el mismo número de veces por segundo. Al ser golpeado mas Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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duramente el diapasón, mayor es la distancia que recorren las puntas en cada ciclo. Este mayor recorrido de las puntas causará mayores fluctuaciones de la presión por encima y por debajo de la presión atmosférica. Así mientras más fuerte son golpeadas las puntas mayor es la altura de la onda sonora. La diferencia entre la presión atmosférica y la presión real durante el enrarecimiento y la compresión es lo que se llama presión sonora. Y se designa con la letra P. Una forma conveniente de medir la presión sonora es en fracción de un bar que es la unidad de presión igual a la presión atmosférica. (bar viene de la misma palabra griega que significa barómetro, instrumento que mide la presión atmosférica). Las fluctuaciones de presión causadas por el sonido son extremadamente pequeñas comparadas con un bar ( el bar corresponde a una presión de 14,7 lbs/pulg 2), y por esos es conveniente usar una unidad mucho más pequeña, “microbar”, esta unidad se abrevia µ bar y es igual a una millonésima de bar. Tabla I. Equivalencias de presión Unidad

bar

1 bar

mbar

1

1000

0,1

0,1

10-4

1 kbar

1000

106

1

108

105

100

0,001

10-6

1

0,001

1000

1

-8

1 Pa

10

0,01

10

1

1 kPa

0,01

10

10-5

1000

4

10

bar

Pa

10

1 -5

0,1

1,02

750

14,50

-6

-3

1 plg H2O 2,491x10

3,386x10-2

-5

10

1,02x10

1

9,81x10

6,895x10

1 MPa = 1 MN / m2

10

4

-2

1 kPa = 1 kN / m2

psi

106

1 mm Hg 1,333x10

10

mm Hg

10 -3

0,01

kg/cm2

1 MPa

0,981

6

MPa

5

1

1 plg Hg

100

100

10

1 psi

10

10

1 Pa 1 kg /cm2

MPa

1

-5

-6

kPa

5

0,001

1 Pa = 1 N / m2

1 bar

0,001

Pa

1 mbar

1 MPa

Unidad

kbar

10,2 2

9,81x 10

-4

133,32 1,333x10 6895 249,1

-3

6,895x10 2,491x10

-4

1 -3

1,36x10

-2

7,031x10

-3

2,54x10

3386,4 3,386x10-3 3,453x10-2

-3

7,5x10

-3

0,1450x10

7500

145,0

736

14,22

1 51,70

-2

1,934 x 10 1

-2

1,868 3,613 x 10 25,4

0,491

plg H2O

plg Hg

401,5

29,53 -3

4,015x10

0,2953x10-3

4015

295,3

393,7

28,96

0,535

3,937x10-2

27,88

2,036

1

7,36 x 10-2

13,6

1

Así entonces el tono puro de la figura I, se describe completamente por medio de la frecuencia en cps., y la presión en µ bar. No hay relación entre la frecuencia y la presión puesto que un tono puro a una frecuencia dada puede tener cualquier presión sonora, grande o pequeña. Por eso, ambas, la frecuencia y la presión sonora u otra cantidad equivalente deben ser determinada para poder así definir completamente un sonido. (Figura III) Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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FIGURA III

4. INTENSIDAD SONORA ( I ) La intensidad sonora puede definirse como: la cantidad de energía acústica por unidad de tiempo que pasa a través de una unidad de área que es normal a la dirección de propagación. Para una onda sonora que se propaga libremente; la intensidad sonora puede expresarse por: I = P 2 / ρ C ( erg / seg cm 2 ) Ecuación 4 Expresión valida para una onda frontal que se propaga libremente, donde: P = presión sonora rms, o efectiva, ρ = es la densidad del medio; para el aire a 22 ºC es de 1,18 x 10 –3 gr/cm3 C = velocidad del sonido en el medio; en el aire es de 34.490 cm/seg a 22 ºC El producto ρ C recibe el nombre de impedancia característica del medio. Para el aire a 22 ºC es de 40,7 gr/ cm2 seg. 5. POTENCIA SONORA ( W ) La potencia sonora de una fuente es la cantidad de energía acústica producida por la fuente en la unidad de tiempo. La potencia sonora se relaciona con la intensidad sonora por la siguiente ecuación: W = I 4 π r 2 ( watt ) Ecuación 5 Donde: I es la intensidad sonora promedio a la distancia r desde la fuente sonora cuya potencia acústica es W. La cantidad 4π r2 es el área de una esfera sobre cuya superficie se ha promediado la intensidad. Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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I =

W 4 π r2

Desde esta relación es evidente que la intensidad disminuirá con el cuadrado de la distancia desde la fuente, o sea la conocida “ley de los cuadrados inversos”. 6. PRESION SONORA EFECTIVA O RMS Los instrumentos de medición de sonido están diseñados para medir la presión sonora efectiva RMS, tan exactamente como sea posible. La abreviación RMS quiere decir “ Raíz Media Cuadrada”, lo cual significa que las presiones sonoras instantáneas en un intervalo de tiempo son primero elevadas al cuadrado luego promediadas y finalmente extraída la raíz cuadrada del promedio. Así por ejemplo el tono a 1.000 cps. más débil capaz de ser escuchado por el oído humano corresponde a una presión máxima de 0,00028 µ bar. La presión sonora RMS equivalente es 0,0002 µ bar. El calculo de la presión efectiva para una onda sinusoidal (tono puro) en función de la presión sonora máxima se expone a continuación. P12 + P22 + P32 + ....... + Pn2 n Para una sinusoide de expresión igual a X = A sen θ , en que θ = ω t: PRMS =

P12 + P22 + P32 + ....... + Pn2 =

1 π

π

2 ∫ X dX = 0

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1 π

π

∫A

2

sen 2θ ∗ dθ

0

10

A2

π

π

∫ sen

θ ∗ dθ

2

0

A2 θ 1 − sen 2θ π 2 4

π 0

si ángulo θ = 0 A2 0 1 A2 0 − sen 2 ∗ 0 = −0 = 0 π 2 4 π 2

si ángulo θ = π A2 π 1 A2 π 1 A2 π A2 − sen 2π = − sen 0 = ∗ = π 2 4 π 2 4 π 2 2

PRMS =

1 π

π

∫ XdX = 0

A2 A = = 0,707 A 2 2

7. ANALISIS DE FRECUENCIA El sonido puede consistir de un tono puro (una sola frecuencia) o el puede consistir de una compleja combinación de muchos tonos semejantes. En la industria, el último es el caso usual y a “este fenómeno se le llama ruido”. En muchas situaciones es más importante conocer la frecuencia de los componentes de un ruido que conocer la conducta exacta a lo largo del tiempo. Por eso un método alternativo de describir sonidos y que se usa a menudo es el llamado análisis de frecuencia. Para este propósito se divide el rango de frecuencias audibles (que va desde 20 cps a10.000 cps) que interesa, en una serie completa de bandas de frecuencias, dividiendo el rango en ocho segmentos se produce las bandas de octavas. La palabra octava es usada aquí porque el limite superior de la banda de frecuencia es justamente el doble del límite inferior. Hay también bandas de media y un tercio de octava. Además de los tonos puros es de interés mencionar los ruidos de banda angosta que tiene su energía acústica confinada a un estrecho rango de frecuencia y generalmente menos de una octava. A menudo a un tono puro o banda muy estrecha se le llama ruido puntudo. También existen los ruidos de banda ancha, en que la banda es normalmente más ancha que una octava y su energía acústica está presente en amplio rango de frecuencia. Como ya se ha dicho el ruido tiene una estructura compleja y que está compuesto por varias frecuencias, e incluso, en la mayoría de los casos, por la mayor parte de las frecuencias que componen el margen audible. En este supuesto el espectro tendrá una forma continua. Existen distintas fases en el análisis de la protección de los trabajadores contra el ruido, en las que nos interesa conocer, no sólo el nivel de presión acústica producido por el Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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ruido, sino además, como se distribuye la energía acústica en cada una de las frecuencias o grupos de frecuencia que componen el ruido estudiado. Si un ruido complejo tiene componentes en la mayoría de las frecuencias comprendidas en el espectro audible, sería muy difícil y poco práctico determinar una a una las frecuencias componentes. Lo que se hace es dividir el espectro de frecuencias en grupos de frecuencias o bandas, siendo las mas utilizadas las bandas de ancho proporcional y en especial las bandas de octava y tercio de octava. Bandas de Octava. Se denomina banda de octava al grupo de frecuencias comprendidas entre dos frecuencias f1 y f2 que cumplen la relación: f 2 = 2 f1 Frecuencia Central. Se denomina frecuencia central de la banda a la media geométrica de las frecuencias extremas: fC =

f1 × f 2

La frecuencia central se utiliza para denominar la banda, es decir, a la banda de octava con frecuencias extremas f1 = 707 Hz y f2 = 1.414 Hz se la denomina banda de octava de 1.000 Hz. De las dos ecuaciones anteriores se deduce: f f 1 = C .....; ... f 2 = 2 f1 fc f2

20 31.5 44

44 63 89

89 125 177

177 250 353

353 500 707

707 1000 1414

2 × fC

1414 2000 2828

2828 4000 5656

5656 8000 11312

Es importante destacar que la banda se va haciendo “más ancha” (con mas frecuencias componentes) conforme aumenta la frecuencia. Bandas de tercio de Octavas. Cuando se desea un análisis de ruido más detallado, se utilizan las bandas de tercio de octava. Una banda de un tercio de octava es un grupo de frecuencias comprendidas entre dos frecuencias f1 y f2, que cumplen la relación: f 2 = 3 2 × f1 Se denomina frecuencia central de la banda a la media geométrica de las dos frecuencias extremas. La frecuencia central se utiliza para denominar la banda. fC =

f1 × f 2

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De las dos ecuaciones se deduce: f f 1 = 6 C .....; ... f 2 = 2

6

2 × fC

8. EL DECIBEL El sonido más débil que un oído sano puede escuchar o detectar tiene una amplitud de una veinteava millonésima de un Pascal (20 mPa) – algo así como 5.000.000.000 veces menos que la presión atmosférica normal. Un cambio de presión de 20 mPa es tan pequeño que hace que la membrana del oído se deflecte una distancia menor que el diámetro de una sola molécula de hidrógeno. Sorprendentemente, el oído puede tolerar presiones sonoras de hasta un millón de veces más alta que ésta. Así, si medimos el sonido en Pa, terminaríamos con números muy grandes y poco manejables. Otro problema es la manera no lineal como el oído responde al sonido. Los experimentos han demostrado que el oído responde logaritmicamente en relación con la audibilidad de un estimulo aplicado. Ambos problemas pueden ser resueltos en forma práctica al emplear el decibel una unidad usada comúnmente en terminología eléctrica para expresar niveles de voltaje y potencia eléctrica. Por definición el decibel es una unidad adimensional usada para expresar el logaritmo de la razón entre una cantidad medida y una cantidad de referencia. De esta manera el decibel es usado para describir niveles de presión, potencia e intensidad acústica. El decibel es una relación matemática del tipo logarítmica donde si aumenta 3 dB un ruido, significa que aumenta al doble la energía sonora percibida. El umbral de audición está en el 0 dB, y el umbral de dolor en los 120 dB. Debido a que nuestro oído no responde igual a todas las frecuencias de un ruido, vale decir, que escuchamos mejor ciertos sonidos que otros dependiendo de su frecuencia, se definió el decibel A (dBA). Esta es otra unidad, basada en el dB, que es una aproximación de la percepción auditiva del oído humano y se obtiene mediante la utilización de un filtro incluido en el sonómetro de medición. La población en general está expuesta a niveles de ruido que oscilan entre los 35 y 85 dBA. Por debajo de los 45 dBA en un clima de ruido normal, nadie se siente molesto, pero cuando se alcanzan los 85 nadie deja de estarlo: por eso entre 60 y 65 dBA, para ruido diurno, se suele situar el umbral donde comienza la molestia. Para tener una idea, podemos establecer que en el ambiente de una biblioteca se tienen 40 dBA, una conversación en voz alta a un metro de distancia registra unos 70 dBA, el tráfico de una calle muy agitada sobrepasa fácilmente los 85 dBA al borde de la vereda, y el despegue de un avión a 70 metros de distancia son 120 dBA. Tabla II. Niveles de Presión Sonora 140 Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

Despegue de un avión 13

130 120 110

Prensa hidráulica (3 m) Despegue de un avión (70 m) Motocicleta sin silenciador (7 m)

100 90 80 70 60 50 40 30

Camión pesado (15 m) Tren de carga (15 m) Conversación en voz alta (15 m) Calle residencial Tráfico rodado reducido (30 m) Biblioteca Estudio de grabación

20 10

Umbral de percepción

0

9. NIVEL DE PRESION SONORA, NPS La mayoría de los instrumentos de medición sonora están calibrados para leer en términos del logaritmo común de la razón de las presiones sonoras RMS. Esta lectura se llama “nivel de presión sonora” (NPS) y se expresa en decibeles. La palabra nivel pone de relieve el hecho que el valor es sobre la base de una presión de referencia (P 0) dada. Para mediciones sonoras en el aire, el valor 0,0002 µ bar sirve como la presión de referencia. Esta referencia fue escogida a causa de que se aproxima al umbral del oído humano en 1.000 cps. El nivel de presión sonora esta definido por: NPS = 20 log

P ( dB ) P0

Ecuación 6

Donde: P = es la presión sonora efectiva RMS P0 = es la presión sonora RMS de referencia. Para la presión de referencia de 0,0002 µ bar, el nivel de presión sonora puede expresarse como sigue: NPS = 20 log P + 74 ( dB ) Ecuación 6 A esto se llega de la siguiente manera: NPS = 20 log

P P0

NPS = 20 log P - 20 log P0 NPS = 20 log P - 20 log 0,0002 NPS = 20 log P - 20 (-3,7) Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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NPS = 20 log P + 74 La notación dB proporciona la ventaja adicional de seguir las características de respuesta del oído mucho más aproximadamente que las unidades de presión directa. De la ecuación 6 podemos encontrar la presión si se conoce el NPS NPS = 20 log P +74 Despejando P de la ecuación anterior tenemos:  NPS − 74  P = anti log   µbar 20  

Ecuación 7

La figura siguiente muestra la relación entre la presión sonora en µ bar y el nivel de presión sonora en dB referidos a 0,0002 µ bar.

Tabla III. Niveles Sonoros y Respuesta Humana Sonidos característicos

Nivel de presión sonora [dB] Efecto

Zona de lanzamiento de cohetes (sin protección auditiva) Operación en pista de jets. Sirena antiaérea Trueno Despegue de jets (60 m). Bocina de auto (1 m) Martillo neumático. Concierto de Rock Camión recolector. Petardos

180 140 130 120 110 100

Pérdida auditiva irreversible Dolorosamente fuerte

Camión pesado (15 m). Tránsito urbano

90

Reloj Despertador (0,5 m). Secador de cabello Restaurante ruidoso. Tránsito por autopista Oficina de negocios.

80

Máximo esfuerzo vocal Extremadamente fuerte Muy fuerte Muy molesto Daño auditivo (8 hrs.) Molesto

70

Difícil uso del teléfono

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15

Aire acondicionado. Conversación normal Tránsito de vehículos livianos (30 m) Líving. Dormitorio. Oficina tranquila Biblioteca. Susurro a 5 m Estudio de radiodifusión

60 50 40 30 20 10 0

Intrusivo Silencio Muy silencioso Apenas audible Umbral auditivo

10. NIVEL DE INTENSIDAD SONORA, NI Las unidades de intensidad sonora tal como las unidades de presión sonora deben cubrir un amplio tramo en las aplicaciones prácticas y es ventajoso usar los niveles en dB para contraer la escala de medidas y aproximar mejor las características de respuesta del oído. El nivel de intensidad se define como sigue: N I = 10 log

I dB I0

Ecuación 8

Donde: I = es la intensidad medida en un punto (watt / cm2) I0 = es la intensidad de referencia (watt / cm2) La intensidad de referencia usada comúnmente es de 10-16 watt / cm2. En el aire esta referencia corresponde a la presión de referencia de 0,0002 µ bar. Usando la ecuación la ecuación 4, determinamos la intensidad de referencia: I0 =

P02 ( 0,0002 ) 2 = ρ ∗C 40 .7

I0 = 9,83 x 10-10 (erg /seg cm2 ) 1 (watt /cm2 ) = 107 (erg / seg cm2) Por lo tanto: I0 = 0.983 x10-16 = 10-16 (watt / cm2 ). Para la intensidad sonora de referencia I0 = 10-16 el nivel de intensidad sonora puede expresarse como sigue: N I = 10 log I + 160 ( dB ) Ecuación 8’ Conocido el NI podemos determinar la intensidad sonora, a partir de la siguiente ecuación:  NI − 160  I = anti log   10  

( watt / cm ) 2

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Ecuación 9

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11. NIVEL DE POTENCIA SONORA, NWS A causa del amplio rango de las unidades de potencia implicadas es a menudo conveniente describir una fuente sonora por el nivel de potencia sonora (NWS) que se define como sigue: N W S = 10 log

W W0

(dB )

La potencia de referencia escogida arbitrariamente y usada comúnmente es de 10

–13

watt. Ecuación 10 Para la potencia sonora de referencia W0 = 10-13 el nivel de potencia sonora puede expresarse como sigue: N W S = 10 log W + 130 ( dB ) Ecuación 10 De la misma forma conocido el NWS se puede determinar la potencia de la fuente a partir de:  NWS − 130  W = anti log   ( watt ) 10  

Ecuación 11

EJEMPLOS DE CÁLCULO: Una fuente sonora tiene una presión de 8 µ bar a una distancia de 6,5 mts. Determinar el NPS, NI y NWS de la fuente. Datos: P = 8 µ bar r = 6,5 mts = 650 cm Desarrollo: Para calcular NPS, de la ecuación 6 tenemos: NPS = 20 log P + 74 NPS = 20 log 8 + 74 NPS = 92,06 dB Para calcular el NI, de la ecuación 8 tenemos: NI = 10 log I + 160 Como no conocemos I, usaremos la ecuación 4: Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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P2 I= ρ ∗C

I=

(8 ) 2

40 .7

(erg /seg cm2) = 1,57 (erg /seg cm2)

Par usar la ecuación 8 la intensidad I debe estar en (watt /cm2), por lo tanto: I = 1,57 (erg / seg cm2) = 1,57 x 10-7 (watt / cm2) Por lo tanto: NI = 10 log 1,57 x 10-7 + 160 NI = 91,96 dB Para calcular el NWS, de la ecuación 10 tenemos: NWS = 10 log W + 130 Para calcular la potencia W usaremos la ecuación 5 W = I 4 π r2 W = 1,57 x 10-7 (watt /cm2) 4 π (650)2 (cm)2 W = 0,83 watt Por lo tanto, usando la ecuación 10 tenemos: NWS = 10 log W + 130 NWS = 10 log 0,83 +130 NWS = 129,19 dB Calcular el NPS, NI, y el NWS para una fuente que tiene una potencia de 8 watt, los niveles se requieren para una distancia de 10 mts. Datos: W = 8 watt r = 10 mts = 1.000 cm Desarrollo: De la ecuación 6 podemos determinar el NPS: NPS = 20 log P + 74

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18

Como no conocemos el valor de P; usaremos la ecuación 4 que relaciona la intensidad con la presión: I=

P2 ρ ∗C

(erg /seg cm2)

Despejando P tenemos: P=

I ∗ρ ∗C

(µ bar)

En la ecuación anterior no conocemos el valor de I, por lo tanto, usaremos la ecuación 5 que relaciona la intensidad con la potencia: W = I 4π r2

(watt)

Despejando I tenemos: 8 W = 2 4 ∗ π ∗ (1000 ) 4 ∗π ∗ r 2 I = 6,37 x 10-7 (watt /cm2)

I=

Para calcular P de la ecuación 4, la intensidad debe tener unidades de (erg /seg cm2) I = 6,37 x 10-7 (watt /cm2) = 6,37 (erg / seg cm2) Por lo tanto: P = 6,37 ∗40 ,7 P = 16,10 µ bar Conocida la presión determinaremos NPS: NPS = 20 log16,10 + 74 NPS = 98,14 dB Determinación del NI, de la ecuación 8 tenemos: NI = 10 log I + 160 NI = 10 log 6,37x10-7 + 160 NI = 98,04 dB Determinación de NWS, de la ecuación 10 tenemos: NWS = 10 log W + 130 NWS = 10 log 8 +130 NWS = 139,03 dB Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

19

Un trabajador ubicado a 7 más. de una fuente sonora recibe un nivel de presión sonora de 88 da. Se desea determinar la intensidad y la potencia de la fuente. Datos: r = 7 mts = 700 cm NPS = 88 dB Desarrollo: Para determinar la Intensidad, usaremos la ecuación 4: I=

P2 ρ ∗C

(erg /seg cm2)

En la ecuación anterior no conocemos P, por lo tanto, usaremos la ecuación 7 que relaciona la presión con el NPS.  NPS − 74   20    88 − 74   P = antilog   20 

P = antilog 

P = 5,01 µ bar La intensidad de la fuente es: I=

( 5,01) 2 40 .7

I = 0,62 (erg /seg cm2) I = 6,2 x 10-8 (watt /cm2) La potencia de la fuente es: W = I 4 π r2 W = 6,2x10-8x 4π (700)2 W = 0,38 (watt) 12. DOSIS DE RUIDO, D La podemos definir como la cantidad de ruido recibida por un trabajador, y se expresa generalmente como un porcentaje de la dosis máxima (100%). Según nuestra legislación, Decreto Nº 594, Titulo IV, Párrafo III, Artículo 76: “Cuando la exposición diaria a ruido está compuesta de dos o más períodos de exposición a diferentes niveles de presión sonora continuos equivalentes, deberá considerarse el efecto combinado de aquellos períodos cuyos NPSeq sean iguales o Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

20

superiores a 80 dB(A) lento. En este caso deberá calcularse la dosis de ruido diaria (D), mediante la siguiente fórmula: Te 1 Te 2 Te n D = + + ..... + Ecuación 12 Tp 1 Tp 2 Tp n Te = Tiempo total de exposición a un determinado NPSeq. Tp = Tiempo total permitido de exposición a ese NPSeq. La dosis de ruido diaria máxima permisible será 1 (100%) Para determinar el tiempo permitido Tp se puede hacer mediante la tabla que aparece en el Artículo 75 del Decreto Nº 594. o bien usando la siguiente expresión matemática:

16

Tp = 2

 NPS − 82    3  

(hrs.)

Ecuación 13

Ejemplo: determinar el tiempo de exposición diario permitido para un trabajador que esta expuesto a un nivel de presión sonora de 90 dB, usando la ecuación 13: 90 − 82 = 2,67 3

Desarrollo:

Tp =

16 = 2,51 hrs. 2 2.67

Tabla IV. Tiempos de exposición diaria del Articulo 75, Decreto Nº 594 NPSeq [dB(A) lento]

Tiempo de exposición por día Horas

Minutos

80

24,00

81

20,16

82

16,00

83

12,70

84

10,08

85

8,00

86

6,35

87

5,04

88

4,00

89

3,17

90

2,52

91

2,00

Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

Segundos

21

92

1,59

93

1,26

94

1,00

95

47,40

96

37,80

97

30,00

98

23,80

99

18,90

100

15,00

101

11,90

102

9,40

103

7,50

104

5,90

105

4,70

106

3,75

107

2,97

108

2,36

109

1,88

110

1,49

111

1,18

112

56,40

113

44,64

114

35,43

115

29,12

Estos valores se entenderán para trabajadores expuestos sin protección auditiva personal.

Relación entre la Dosis de Ruido D y el Nivel de Presión Sonora NPS: De la ecuación 12 tenemos: Te

D = Tp Despejando Tp: Tp =

Te D

De la ecuación 13 tenemos: 16 Tp = 2

 NPS −82    3  

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22

Haciendo:

Tenemos: 16 Tp = X 2

NPS − 82 = X 3

Igualando la ecuación 13 con el despeje de Tp de la ecuación 12, tenemos: 16 Te X = D 2

⇒

2X Te = 16 D

Aplicando log a la expresión anterior, tenemos: log 2X + log Te = log D + log 16 X log 2 = log D + log 16 – log Te Despejando X, tenemos: X=

log D + log 16 − log Te log 2

Reemplazando el valor de X log D + log 16 − log Te NPS − 82 = log 2 3

despejando NPS:  log D + log 16 − log Te    * 3 + 82 log 2  

NPS = 

Según Decreto Nº 594 el tiempo máximo de exposición diaria a ruido continuo para un trabajador es de 8 horas, por lo tanto, Te = 8, Reemplazando en la expresión anterior los siguientes valores tenemos: log 16 = 1,20 log 8 = 0,90 log 2 = 0,30  log D + 1,20 − 0,90  NPS =   * 3 + 82 0,30    log D + 0,30  NPS =  3 + 82 ( dB ) Ecuación 14 0,30  

EJEMPLOS DE CÁLCULO: Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

23

En una maestranza, un trabajador realiza diferentes actividades exponiéndose a los siguientes niveles de ruido durante su jornada laboral. Se requiere determinar la dosis de ruido y el nivel de presión sonoro equivalente a la dosis a que está expuesto el trabajador y el tiempo permitido a ese NPS.. Datos: NPS dB(A) 93 95 88

Tiempo exposición (hrs.) 2 1 3

Equipo Torno Fresadora Rectificadora

El resto del tiempo el trabajador esta expuesto a un nivel promedio de 85 dB. Desarrollo: De la ecuación 12 y los valores de la tabla IV, tenemos: NPS dB(A) 93 95 88 85

D=

Te (hrs.) 2 1 3 2

Tp (hrs.) 1,26 0.79 4.00 8.00

2 1 3 2 + + + = 3,86 1.26 0.79 4 8

La Dosis de ruido es de 3,86, lo que significa que el trabajador esta expuesto 3,86 veces mas de lo permitido. Calculo del NPS a partir de la Dosis: De la ecuación 14, tenemos:  log 3,86 + 0,30   * 3 + 82 = 90,9 dB(A) 0,30  

NPS = 

El NPS equivalente a la dosis es de 90,9 dB(A) Calculo del Tiempo permitido para el NPS equivalente. De la ecuación 13, tenemos:

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24

16 Tp = 2

= 2,04 (hrs.)

 90 .9 −82    3  

El tiempo de exposición permitido para el NPS de 90,9 dB(A) es de 2,04 Hrs. Un trabajador ubicado a 4 mts de una fuente cuya potencia es de 0,95 watt. Determinar cual es la dosis de ruido que recibe durante su jornada laboral. Si la dosis es mayor que 1 a que distancia se debe ubicar para que la dosis sea 1. Datos: r = 4 mts = 400 cm W = 0,95 watt Desarrollo: De ecuación 12, tenemos: Te

D = Tp En la ecuación anterior no se conoce Tp; de la ecuación 13, tenemos: 16 Tp = 2

 NPS −82    3  

En la expresión anterior no se conoce NPS, de la ecuación 6, tenemos: NPS = 20 log P + 74 En la ecuación anterior no conocemos P, de la ecuación 4, tenemos I=

P2 40 .7

⇒

P=

40 .7 * I

De la expresión anterior I no es conocido, en la ecuación 5, tenemos: W = I 4π r2

⇒

W I = 4 *π * r 2

Conocidos W y r, reemplazamos en la ecuación anterior: I=

0.95 = 4,72 x10-7 (watt /cm2) = 4,72 (erg /seg cm2) 2 4 * π * ( 400 ) Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

25

Conocido I calculamos P: P=

= 13,86 µ bar

40 .7 * 4.72

Conocido P calculamos NPS: NPS = 20 log 13,86 + 74 = 96,84 dB Con el NPS, calculamos Tp: 16 Tp = 2

 96 .84 −82    3  

= 0,52 hrs.

Conocido Tp, calculamos la dosis: Te

D = Tp

=

8 = 15,38 0.52

Como la dosis es mayor que 1, se requiere determinar a que distancia se debe ubicar el trabajador para que la dosis sea igual a 1:

F

r1=4m

NPS = 96,84 dB Dosis = 15,38 r2 = X m

W = 0,95 watt

Dosis = 1 NPS = 85 dB

Tal como ilustra la figura, en el punto 2 conocemos la dosis que es igual a 1 o NPS igual a 85 db, entonces de la ecuación 5 tenemos: W = I 4π r2

⇒

r=

W I 4π

En esta ecuación no se conoce el nuevo valor de I (punto 2), de la ecuación 4, tenemos: Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

26

I=

P2 40 .7

En esta ecuación P no es conocida, pero de ecuación 7:  NPS − 74   20  

P = antilog 

Reemplazando el valor de NPS en el punto 2, tenemos:  85 − 74   = 3,55 µ bar  20 

P = antilog  Conocido P, calculamos I I=

( 3.55 ) 2 40 .7

= 0,31 (erg / seg cm2) = 0,31 x10-7 (watt /cm2)

Conocido I, calculamos r: r =

0,95 = 1561 ,62 cm 0,31 x10 −7 * 4 * π

La distancia a la que se debe ubicar al trabajador para que la dosis sea igual a 1 es de 1.561,62 cm. 13. COMBINACIÓN DE NIVELES SONOROS En estudios de ruidos, hay casos donde varias lecturas en dB deben combinarse. Un ejemplo común es la combinación de niveles de bandas de octava usados para obtener el nivel de presión sonora total. Otro ejemplo es la estimación del efecto de ubicar una máquina de espectro conocido en una sala de la cual el nivel de ruido es ya considerado alto. En estos casos no se permite sumar los niveles de decibeles individuales aritméticamente, a causa de que es una cantidad logarítmica y con logaritmos la adición simple significa multiplicación. Generalmente, las fuentes de ruido industrial pueden considerarse que tienen un espectro de banda ancha desordenado. Un punto importante de anotar es que las presiones sonoras de fuentes desordenadas no pueden ser sumadas directamente y no puede usarse la ecuación 6 para determinar el NPS de la combinación. La única vez que las presiones pueden ser sumadas es cuando ellas están exactamente en fases esto es cuando las dos presiones pasan continuamente a través compresiones y depresiones al mismo tiempo. (Figura VI), (Figura V).

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27

FIGURA IV

FIGURA V

La única variable que puede sumarse es la intensidad, obteniéndose una intensidad total, que representa la intensidad equivalente a una sola fuente, con esta intensidad total se puede determinar una presión total para calcular el NPS mediante la ecuación 6. Para resolver esta situación usaremos la siguiente expresión matemática para determinar el nivel de presión sonora total. i=n

NPS = 10 log ∑ 10

NPSi 10

(dB)

Ecuación 15

i =1

EJEMPLOS DE CÁLCULO: Tres fuentes sonoras tienen los siguientes niveles de presión sonora. NPS1 = 88 dB NPS2 = 86 dB NPS3 = 90 dB Se desea determinar el nivel de presión sonora total. Desarrollo: 

NPS = 10 log  10 

88 10

+10

86 10

+10

90 10

   

= 93,07 dB

Una fuente sonora presenta el siguiente análisis de frecuencias (tabla). Se desea determinar el nivel de presión sonora de la fuente. fc (Hz)

31.5

63

125

250 500 1.000 Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

2.000

4.000

8.000 28

NPS (dB) 

NPS = 10 log  10

89 10



89 +10

89 10

89 +10

86 86 10

78

+10

78 10

84

+10

84 10

86

+10

86 10

90

+10

90 10

91

+10

91 10

90 90 10

+10

   

= 98,03 dB

Un trabajador esta expuesto a tres fuentes sonoras.Calcular el NPS combinado de las fuentes que tiene las siguientes características: Fuente Pulidora Canteadora Sierra

Potencia W (watt) 0.75 0,83 0,95

Distancia r (mts) 3,0 3,8 4,2

Si el NPS total es mayor que 85 dB, determinar las distancia a cada fuente par que el NPS sea de 85 dB. Desarrollo: Para determinar el NPS total, usaremos la ecuación 15:  NPS =10 log  10 

NPS 10

1

+10

NPS 10

2

+10

NPS 10

3

   

De la ecuación anterior no se conocen los NPS de cada fuente, para determinarlos usaremos la ecuación 6: NPS = 20 log P + 74 En la ecuación anterior no se conoce la P; de la ecuación 4, tenemos: I =

P2 40 .7

⇒

P=

I * 40 .7

En la ecuación anterior no es conocida la intensidad I, de la ecuación 5, tenemos: W I= W = I 4π r2 4 ∗π ∗ r 2

⇒

Conocida la potencia y la distancia r, para cada Fuente se calcula la intensidad: FUENTE 1 I=

0.75 2 4 ∗ π ∗ ( 300 )

I1 = 6,63 x10-7 (watt /cm2)

FUENTE 2 I=

0.83 2 4 ∗ π ∗ ( 380 )

I2 = 4,57 x10-7 (watt /cm2) Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

FUENTE 3 I=

0.95 2 4 ∗ π ∗ ( 420 )

I3 = 4,29 x10-7 (watt / cm2) 29

Conocidas las intensidades de cada fuente, determinaremos las presiones sonoras para cada fuente; recordemos que la intensidad debe estar en (erg /seg cm2): P = 6.63 ∗40 .7

P=

4.57 ∗40 .7

P1 = 16,43 µ bar

P2 = 13,64 µ bar

P=

4.29 ∗40 .7

P3 = 13,21 µ bar

Con cada presión determinaremos el NPS para cada Fuente: NPS1 = 20 log 16,43 + 74 = 98,31 dB NPS2 = 20 log 13.64 + 74 = 96,69 dB NPS3 = 20 log 13,21 + 74 = 96,42 dB Conocidos los tres NPS, estamos en condiciones de determinar el NPS total: NPS

 =10 log  10 

98 .31 10

+10

96 .69 10

+10

96 .42 10

 =  

101, 99 dB

Como el NPS total es mayor que 85 decibeles, debemos determinar las distancias de cada fuente para que el NPS total sea 85 dB. Para determinar la distancia r, usaremos la ecuación 5; despejando r tenemos: r=

W I 4π

De la ecuación anterior no se conoce la intensidad de cada fuente a la nueva distancia. Sabemos que las intensidades de cada fuente es la sumatoria de la intensidad total (Pág. 32), para determinar la intensidad total usaremos la ecuación 4: I =

P2 40 .7

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30

En la expresión anterior no conocemos P, de la ecuación 7 determinamos la presión ya que NPS total es de 85 dB:  85 − 74  P = anti log   = 3,55 µ bar  20 

Conocida la presión total, determinaremos la intensidad total: I=

( 3.55 ) 2 = 0,31 (erg /seg cm2) 40 .7

Sabemos que la intensidad total es igual a la suma de las intensidades parciales de cada Fuente: IT = I1 + I2 + I3 = 0,31 (erg /seg cm2) = 0,31 x10-7 (watt /cm2) Ahora, debemos determinar el valor de cada intensidad, para lo cual recurriremos a las intensidades de la parte anterior del problema para hacer una analogía, los valores son: I1 = 6,63 x10-7 (watt /cm2)

I2 = 4,57 x10-7 (watt /cm2)

I3 = 4,29 x10-7 (watt / cm2)

Sumando estos tres valores tenemos la intensidad total anterior: IT = 6.63 x10-7 + 4,57 x10-7 + 4,29 x10-7 = 15,49 x10-7 (watt / cm2) Entonces la Intensidad total es de 15,49 x10-7 (watt /cm2), ahora determinaremos que porcentaje aporta cada intensidad a este total: % I1 =

6.63 x10 −7 4.57 x10 −7 = 42,8% % I = = 29,5 % 2 15.49 x10 −7 15.49 x10 −7

%I 3 =

4.29 x10 −7 = 27,7% 15.49 x10 −7

Entonces tenemos que: La I1 es un 42,8 % de la intensidad total: la I 2 es un 29,5 % de la intensidad total y la I3 es un 27,7 % de la intensidad total. Con estos antecedentes, podemos determinar cuanto vale cada intensidad parcial, si la intensidad total es de 0,31 x10-7 (watt / cm2). I1= 42,8% IT ⇒ I 1 =

42 .8 ∗ 0.31 x10 −7 = 0,13 x10-7 (watt /cm2) 100

I2 = 29.5% IT ⇒ I 2 =

29 .5 ∗ 0.31 x10 −7 = 0,91 x10-8 (watt /cm2) 100 Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

31

I3 = 27,7% IT ⇒ I 3 =

27 .7 ∗ 0,31 x10 −7 = 0,86 x10-8 (watt /cm2) 100

Conocidas las intensidades de cada Fuente, determinaremos las nuevas distancias: r1 =

0,75 0,13 x10 −7 ∗ 4 ∗π

r2 =

0.83 = 2.694,10 cm 0.91 x10 −8 ∗ 4 ∗π

r3 =

0.95 = 2.964,88 cm 0.86 x10 −8 ∗ 4 ∗π

= 1.898,89 cm

Por lo tanto para que el nivel de presión sonora total sea de 85 dB, el trabajador deberá alejarse a 19 metros de la fuente 1, a 27 metros de la fuente 2 y a 30 metros de la fuente 3. de acuerdo a estas distancias es recomendable aplicar otra medida de control. 14. TIPOS DE RUIDO En la exposición laboral a ruido se distinguen el ruido estable, el ruido fluctuante y el ruido impulsivo (Artículo 70, Decreto Nº 594) Ruido Estable: es aquel ruido que presenta fluctuaciones del nivel de presión sonora instantáneo inferiores o iguales a 5 dB(A) lento, durante un periodo de observación de 1 minuto Ruido Fluctuante: es aquel ruido que presenta fluctuaciones del nivel de presión sonora instantáneo superiores a 5 dB(A) lento, durante un periodo de observación de 1 minuto Ruido Impulsivo: es aquel ruido que presenta impulsos de energía acústica de duración inferior a 1 segundo a intervalos superiores a 1 segundo. En la práctica el ruido se presenta como una mezcla de todos tipos, por ello acertadamente la norma recomienda el Nivel Sonoro Equivalente (Leq), el cual representa en un nivel de presión de sonido continuo constante la misma cantidad de energía sonora que el sonido continuo fluctuante medio durante el mismo periodo. Excepcionalmente en el Ruido Impulsivo, el criterio de mayor importancia es el valor pico, y por lo tanto el Nivel Sonoro Equivalente no es aplicable. 15. CARACTERISTICAS DE FUENTES DE RUIDO Y PROPAGACIÓN Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

32

Frecuentemente es necesario determinar la potencia sonora generada por una fuente de ruido, para predecir la presión o intensidad que ciertas máquinas producirán en una situación dada a una distancia y dirección pre-establecida. Al determinar estos factores es necesario conocer cuanto ruido se propaga bajo distintas condiciones ambientales. 15.1.

FUENTE DE RUIDO NO DIRECCIONAL EN UN CAMPO LIBRE

Un campo libre se define como un campo sonoro en el cual la presión sonora disminuye inversamente con la distancia desde la fuente. Las condiciones de campo libre raramente se encuentran en el ambiente industrial, pero ellas a veces se encuentran al aire libre o cerca de fuentes ubicadas en salas muy grandes. Para condiciones de campo libre (suponiendo condiciones normales de temperatura y presión), el nivel de potencia de una fuente puntual simple puede calcularse a partir de una simple medición del nivel de presión sonora por: NWS ( dB ) = NPS + 20 log r +10 ,5 Ecuación 16 Donde: r = es la distancia en pie desde la fuente de ruido al punto de medición. NPS = es el nivel de presión sonora total referido a 0,0002 µ bar. El nivel de potencia determinado de esta ecuación se expresará en dB referido a W0 = 10 watt. -13

La potencia de la fuente en watt puede por lo tanto calcularse desde la ecuación 11. 15.2.

FUENTE DE RUIDO DIRECCIONAL EN UN CAMPO LIBRE

La mayoría de las fuentes de ruido encontradas en la industria no son fuentes puntuales simples. En lugar de eso, ellas están hechas de varias fuentes, las cuales radian más energía sonora en una dirección que en otra. Por eso para determinar la potencia sonora de una fuente de ruido direccional, es necesario tomar en cuenta la variación del nivel de presión sonora alrededor de la fuente. La determinación es equivalente a resumir las intensidades medidas sobre la superficie de una esfera imaginaria a una distancia especificada de la fuente. Con el fin de predecir los niveles de presión sonora en varios puntos en una dirección especificada desde la fuente, es a menudo conveniente agregar un factor de direccionalidad Q, a la ecuación 16. Q se define como la razón entre la potencia de una fuente puntual imaginaria que produce el mismo nivel de presión sonora observado en el lugar especifico de medición y la potencia sonora total de la fuente real. Q puede encontrarse también desde la razón de la intensidad sonora en el punto especificado con la intensidad promedio alrededor de la fuente a la misma distancia. La Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

33

expresión para el nivel de presión sonora producido por una fuente direccional en un campo libre puede escribirse como sigue: NPS ( dB ) = NWS +10 log Q − 20 log r −10 .5 Ecuación 17 Donde: NWS = es el nivel de potencia de la fuente Q = es el factor direccional (10 log Q se llama índice direccional) r = es la distancia en pie desde la fuente al punto de medida EJEMPLO: supongamos que es necesario calcular con un mínimo de mediciones los niveles de presión sonora en varios puntos a lo largo de una trayectoria específica desde una fuente sonora. También se supone que la fuente tiene un espectro continuo uniforme y una potencia sonora W de 0,06 watt. Primero el nivel de presión sonora es medido a una distancia conocida de la fuente a lo largo de la trayectoria especifica; supongamos que es de 74 dB a una distancia de 100 pies. Datos: W = 0.06 watt NPS = 74 dB a 100 pie Desarrollo: Se debe determinar la direccionalidad de la fuente mediante la siguiente ecuación: W Q= i Wr debemos determinar la Wi, o sea, la potencia de la fuente imaginaria, para ello usaremos la ecuación 5: W = I 4π r2 De la ecuación anterior no es conocida la intensidad, para determinarla usaremos la ecuación 4 I =

P2 40 .7

En la ecuación anterior se desconoce la P, puede determinarse de la ecuación 7, ya que el NPS es conocido:  74 − 74  P = anti log   = 1 µ bar  20 

Conocida la presión, determinamos I: Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

34

I =

(1) 2 40 .7

= 0,025 (erg /seg cm2) = 2,5 x10-9 (watt /cm2)

Luego la W es: W = 2.5x10-9 x 4 π (3.048)2 = 0,292 watt Por lo tanto, el factor direccional Q: Q=

0.292 =5 0.06

De La Ecuación 17 el nivel de presión sonora ahora puede calcularse a cualquier distancia desde la fuente a lo largo de la trayectoria especificada. Por ejemplo a 200 pie de la fuente el nivel de presión sonora es: NPS =117 ,78 +10 log 5 − 20 log 200 −10 ,5

15.3.

= 68,25 dB

FUENTE DE RUIDO EN UN CAMPO NO LIBRE

En la mayoría de las situaciones industriales, no existen las condiciones de campo libre a causa de paredes u otras superficies ubicadas cerca de la fuente de ruido. En estos casos, la longitud de onda del sonido llega a ser una importante consideración en los cálculos. Un objeto que es grande en comparación con la longitud de onda del sonido reflejará o desparramará el sonido y causará una sombra sonora. Si la longitud de onda es mucho mayor que el obstáculo el sonido rodeará al objeto y seguirá adelante sin perturbación. El paso del sonido o rodeo alrededor de objetos se llama difracción. Cuando el sonido se refleja pueden formarse ondas permanentes. Afortunadamente la mayoría de las situaciones industriales implican fuentes de ruido de banda ancha y salas grandes y de forma irregular donde las variaciones de presión de la onda estacionaria son relativamente pequeñas. Por estas condiciones existen una relación relativamente simple entre el nivel de presión sonora promedio, el nivel de potencia de la fuente y las características de la sala. Las características acústicas de la sala dependen en su mayor parte del área superficial y de sus coeficientes de absorción sonora. 15.3.1 ABSORCION DE SONIDO Es el cambio en la energía sonora en otro tipo de energía (generalmente calor) al pasar a través de un material o golpear una superficie. Las superficies reflejantes tienen una absorción muy baja, mientras que los materiales blandos, porosos, fibrosos, como las telas, Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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las personas, fibra de vidrio etc., absorben altos porcentajes de energía de las ondas sonoras que las golpean. Un material poroso, suave, con un inmenso número de espacios de aire interconectados, es ideal para absorver una gran parte del sonido que llega a él. La energía sonora se convierte en calor, pero a intensidades normales la elevación de temperatura resultante es insignificante. Ningún material puede absorver más sonido del que llega a él. Aquel hermoso cuadro del material absorbente que succiona sonido del aire es totalmente inexacto. Un material que absorbe sonido tan bien como lo hace una ventana abierta es óptimo. Se necesitan formas y arreglos especiales para lograr mejoramientos locales pequeños que superen esta absorción óptima y aún estos “superabsorbentes” no son mejores que una ventana abierta cuando se considera una absorción promedio sobre una gran área. Se ve claro que es una locura encerrar una máquina ruidosa con un material absorbente en un esfuerzo por reducir el sonido interior del recinto. La mejor absorción de sonido alrededor de una máquina es el espacio vacío. 15.3.2 COEFICIENTE DE ABSORCIÓN Parte del sonido que llega a cualquier material es absorbido y parte reflejado. Si la mayor parte del sonido es reflejado, el material es no absorbente y es probable que tengamos una superficie dura e impermeable tal como la de los metales, ladrillo, concreto, estuco. Si muy poco del sonido es reflejado, el material es absorbente y es probable que tengamos una superficie suave, porosa como las telas de alfombras, lanas de vidrio o nieve, “la fracción de intensidad sonora incidente que es absorbida por una superficie” se llama Coeficiente de Absorción. Una ventana abierta tiene un coeficiente de absorción igual a 1, en tanto que un trozo de mármol tiene coeficiente cercano a cero. El coeficiente de absorción α , de la mayoría de los materiales no es igual para todas las frecuencias. Esto es especialmente verdadero para los “materiales acústicos”, los que son diseñados para una absorción alta. A continuación se muestra una tabla con la fracción de energía de un sonido que es absorbida al reflejarse en diversos materiales: Material Pared de ladrillos Pared de ladrillos estucada y pintada Paneles de madera terciada Piso de Concreto Piso de madera

125 0.02 0.01 0.60 0.02 0.15

Frecuencia (Hz) 250 500 1000 2000 0.03 0.03 0.04 0.05 0.01 0.01 0.01 0.02 0.30 0.10 0.09 0.09 0.02 0.02 0.04 0.05 0.11 0.10 0.07 0.06

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4000 0.06 0.02 0.09 0.05 0.07 36

Piso de alfombra Cortinaje grueso Alfombra gruesa sobre piso de concreto Vidrio de una ventana Butaca (sin ocupar) Butaca ocupada Silla metálica o de madera

0.1 0.15 0.25 0.3 0.3 0.3 0.14 0.35 0.55 0.72 0.70 0.66 0.02 0.06 0.15 0.40 0.60 0.60 0.30 0.20 0.40 0.02

0.20 0.40 0.60 0.03

0.20 0.60 0.80 0.03

0.10 0.70 0.90 0.06

0.07 0.60 0.90 0.06

0.04 0.60 0.90 0.05

No existe un material absorbente ideal, uno debe escoger el material mas a mano, pero que tenga las características mejores par el problema particular en estudio. El coeficiente de absorción promedio α P, de una pieza es un buen indicador de la naturaleza del campo sonoro dentro de la pieza. Se puede calcular por la ecuación siguiente. S α + S 2α 2 + ....... + S nα n αP = 1 1 Ecuación 18 S1 + S 2 + ....... + S n Donde: S = es la superficie cubierta por el material absorbente (pie)2 ∝ = es el coeficiente de absorción del material CONSTANTE DE LA SALA: En la mayoría de los ambientes industriales, las características acústicas pueden definirse en términos de la sala ( R) dada por: Sα P R= Ecuación 19 1 −αP Donde: ∝P = es el coeficiente promedio de absorción sonora de la superficie de la sala. S = es el área total de la sala (pie)2 Relación entre el NPS y el NWS para una fuente no direccional El nivel de presión sonora relativo al nivel de potencia para una fuente direccional en función de la distancia de la fuente y la constante de la sala esta dada por la siguiente ecuación: 1 4  NPS = NWS + 10 log +  + 0,5 (dB) Ecuación 20 2 R  4 ∗π ∗ r Donde: r = es la distancia en pie desde la fuente al punto de medición Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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R = constante de la sala en pie cuadrados. Relación entre el NPS y el NWS para una fuente direccional El nivel de presión sonora relativo al nivel de potencia sonora para una fuente direccional en función de la distancia de la fuente y la constante de la sala esta dada por la siguiente ecuación. Q 4  NPS = NWS + 10 log +  + 0,5 (dB) Ecuación 21 2 R  4 ∗π ∗ r 15.4.

CAMPO REVERBERANTE

Una gran cantidad de energía sonora es reflejada desde la superficie de las salas. A menudo, la energía sonora se refleja en grado tal que los niveles de presión medidos a ciertas distancias de la fuente son esencialmente independientes de la dirección y distancia a la fuente. Una región de esta clase se llama campo reverberante. La región donde cesan las condiciones de campo libre y comienzan las características de campo reverberante esta determinada por la constante de la sala y el factor de direccionalidad. En el campo reverberante el nivel de presión sonoro promedio puede expresarse por:

NPS = NWS −10 log R + 6,5 ( dB )

Ecuación 22

EJEMPLOS DE CÁLCULO: Una fuente sonora opera en una sala donde cada una de las dos paredes laterales tiene una superficie de 4.000 pie cuadrado, cada pared extrema tiene una superficie de 2.800 pie cuadrado, el cielo y el piso cada uno tiene un área de 7.000 pie cuadrado. El 75% de las paredes laterales y extremas están cubiertas por un material X, el 25% restante y el piso son de concreto no tratado y el cielo en su totalidad esta tratado con un material Y. Los coeficientes de absorción para cada material son los siguientes; ∝ X = 0,69; ∝ Y = 0,75 y ∝ C = 0,02.. Se desea determinar el nivel de presión sonoro de la fuente a una distancia de 7,5 mts, si la potencia de la fuente es de 0,075 watt, para las siguientes condiciones: a) Si la fuente es no direccional en un campo libre b) Si la fuente es direccional en un campo libre; si a 6 mts. de la fuente el NPS es de 90 dB c) Si la fuente es no direccional en un campo no libre d) Si la fuente es direccional en un campo no libre e) Si la fuente está en un campo reverberante. Datos: Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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Paredes laterales S = 8.000 pie2 Paredes extremas S = 5.600 pie2 Cielo S = 7.000 pie2 Piso S = 7.000 pie2 ∝X = 0,69 ∝Y = 0,75 ∝C = 0,02 r = 7,5 mts = 24,75 pie W = 0,075 watt Desarrollo: a) Fuente no Direccional en Campo Libre: Para una fuente no direccional en campo libre aplicaremos la ecuación 16: NWS ( dB ) = NPS + 20 log r +10 ,5

De la ecuación anterior no se conoce NWS, de la ecuación 10 tenemos: NWS = 10 log 0,075 + 130 = 118,75 dB Conocido el NWS, volvemos a la ecuación 16: NPS = 118,75 – 20 log 24,75 – 10,5 = 80,38 dB b) Fuente Direccional en Campo Libre: Para una fuente direccional en un campo libre tenemos la ecuación 17, para determinar el NPS: NPS ( dB ) = NWS +10 log Q − 20 log r −10 .5

En la ecuación anterior no conocemos Q, pero sabemos que: Wi Wr En la ecuación anterior no conocemos el valor de Wi, en la ecuación 5 tenemos: W = I 4π r2 (watt) Q=

De la ecuación anterior no conocemos I, pero de la ecuación 4 tenemos: I =

P2 40 .7

(erg /seg cm2)

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La presión la calculamos de la ecuación 7:  90 − 74  P = anti log   = 6,31 µ bar  20 

Con la presión calculamos I: I =

( 6,31) 2 = 0,98 (erg /seg cm2) = 0,98 x10-7 (watt /cm2) 40 .7

Por lo tanto la potencia de la Fuente imaginaria es: Wi = 0,98x10-7 x 4 π (600)2 = 0,44 (watt) Conocida la potencia imaginaria, calculamos Q: Q=

0.44 = 5,87 0.075

Ahora podemos determinar el NPS: NPS = 118,75 + 10 log 5,87 –20 log 24,75 –10,5 = 88,06 dB c) Fuente no Direccional en un Campo no Libre: Para una fuente no direccional en un campo no libre usamos la ecuación 20 para determinar el NPS: 1 4  NPS = NWS + 10 log +  + 0,5 2 R  4 ∗π ∗ r En la ecuación anterior no conocemos la constante de la sala R, de la ecuación 19 tenemos: Sα P R= 1 −αP Para determinar la constante de la sala necesitamos conocer el coeficiente de absorción promedio α P, que esta dado por la ecuación 18: S α + S 2α 2 + ....... + S nα n αP = 1 1 S1 + S 2 + ....... + S n Como antecedentes tenemos: El 75% de las paredes laterales y extremas están cubiertas por un material X, el 25% restante y el piso son de concreto no tratado y el cielo en su totalidad esta tratado con un material Y Paredes laterales Paredes extremas

S = 8.000 pie2 S = 5.600 pie2 Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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Total S paredes S = 13.500 pie2 75 % S paredes S1 = 10.125 pie2 25 % S paredes S3 = 3.375 pie2 Superficie Cielo S2 = 7.000 pie2 Superficie piso S3 = 7.000 pie2 (10.125 ∗ 0.69 ) + ( 7.000 ∗ 0.75) + ( ( 3.375 + 7.000 ) ∗ 0.02 ) αp = = 0,45 27.500 Conocido el coeficiente promedio de absorción calculamos la constante de la sala R: R=

27 .500 ∗ 0.45 = 22.500 1 − 0.45

El NPS de la ecuación 20 es:  1 4   + 0,5 = 84,13 dB NPS = 118 ,75 + 10 log  + 2 22 .500   4 ∗ π ∗ ( 24 .75 )

d) Fuente Direccional en Campo no Libre Para una fuente direccional en un campo no libre usamos la ecuación 21 para determinar el NPS: Q 4  NPS = NWS + 10 log +  + 0,5 2 R  4 ∗π ∗ r Reemplazando valores tenemos:  5.87 4   + 0.5 = 89,01 dB NPS = 118 .78 + 10 log  + 2 22 .500   4 ∗ π ∗ ( 24 .75 )

e) Fuente en Campo Reverberante: Para una fuente en un campo reverberante usaremos la ecuación 22 para determinar el NPS. NPS = NWS −10 log R + 6,5

Reemplazando valores tenemos: NPS = 118,78 –10 log 22.500 +6,5 = 81.76 dB 16. MEDICION DEL SONIDO La audición es el resultado de una serie de procesos acústicos, mecánicos, nerviosos y mentales dentro de la combinación oído-cerebro que dan a una persona la impresión de sonido. La impresión que un humano recibe no es idéntica a la forma de onda acústica verdadera presente en el canal auditivo porque parte de la entropía de la onda se pierde. Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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La agudeza del oído humano es asombrosa, ya que puede detectar cantidades minúsculas de distorsión y aceptar un enorme rango dinámico. El único criterio de calidad de que se dispone consiste en el hecho de que si el oído es incapaz de detectar distorsión alguna, se dice que el sonido es perfecto. Por tanto, el criterio de calidad es completamente subjetivo y sólo se puede comprobar mediante pruebas de audición. Estructura física del oído. El oído se divide en tres zonas, llamadas oído externo, oído medio y oído interno, de acuerdo a su ubicación en el cráneo. El oído externo es la parte del aparato auditivo que se encuentra en posición lateral al tímpano. Comprende la oreja y el conducto auditivo externo, que mide tres centímetros de longitud, como se puede observar en la Figura VI. El oído medio se encuentra situado en la cavidad timpánica llamada caja del tímpano, cuya cara externa está formada por el tímpano, que lo separa del oído externo. Incluye el mecanismo responsable de la conducción de las ondas sonoras hacia el oído interno. Es un conducto estrecho, que se extiende unos quince milímetros en un recorrido vertical y otros quince en recorrido horizontal. La impedancia del oído es mucho más alta que la del aire y el oído medio actúa como un transformador adaptador de impedancias que mejora la transferencia de potencia. Hay una cadena formada por tres huesos pequeños y móviles que atraviesa el oído medio. Estos tres huesos reciben los nombres de martillo, yunque y estribo. Los tres conectan acústicamente el tímpano con el oído interno, que contiene un líquido. Ver la Figura VII.

Figura VI. Oído externo

Figura VII. Oído medio

El oído interno, o laberinto, se encuentra en el interior del hueso temporal que contiene los órganos auditivos y del equilibrio. Está separado del oído medio por la ventana oval. El oído interno consiste en una serie de canales membranosos alojados en una parte densa del hueso temporal, y está dividido en: cóclea (en griego, "caracol óseo"), vestíbulo y tres canales semicirculares (Ver la Figura VIII). Estos tres canales se comunican entre sí y contienen un fluido gelatinoso denominado endolinfa. Proceso de audición. Los sonidos penetran al oído a través de la oreja y chocan con el tímpano haciéndolo vibrar. Esta vibración es recibida por los tres huesecillos Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

Figura VIII. Oído interno

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articulados en cadena y controlados por dos pequeños pero poderosos músculos. El final de la cadena lo constituye el estribo que está alojado en un nicho llamado ventana oval que es el lugar por donde ingresa el sonido (oído interno) a la cóclea o caracol. Los movimientos del estribo producen desplazamientos del líquido en el oído interno que estimulan las terminaciones nerviosas o células ciliadas, lugar donde realmente comienza el proceso auditivo. Las células nerviosas estimuladas, envían la señal por el nervio auditivo hasta los centros del cerebro, donde el estimulo eléctrico es procesado. Audibilidad. La respuesta que da el oído al estimulo sonoro varía con la frecuencia y con el nivel de presión o intensidad sonora. El oído tiene su respuesta propia, particular al ruido, esta no es una simple medición de un fenómeno físico sino mas bien una sensación auditiva. No podemos comparar el oído con un instrumento de medición de sonido, su comportamiento frente al estimulo sonoro es muchísimo más complejo tal comportamiento corresponde a un órgano que tiene características fisiológicas. A la magnitud de la sensación auditiva se le llama audibilidad y no debe confundirse con otras características distintas del sonido. Por ejemplo, un ruido puede ser de tono alto o bajo, penetrante o apagado, desordenado o calmado, pero todo esto en conjunto puede ser interpretado por un valor de la audibilidad. La audibilidad es una característica del sonido pero es una característica fisiológica, o sea, con relación al hombre, al oído humano, y no debe confundirse con la presión sonora, intensidad sonora, frecuencia o cualquier otra característica de tipo físico. La audibilidad no puede ser medida directamente con un medidor de nivel sonoro ordinario, a menos que las características del oído sean reproducidas en el instrumento. Esto es difícil de llevar a efecto a causa de la complejidad del oído, de modo que los instrumentos son simplemente diseñados para nivel de presión sonora, pero ellos pueden parcialmente simular el oído al usar filtros ponderadores de frecuencia. El nivel de presión sonora tiene la ventaja de ser una medida objetiva y bastante cómoda de la intensidad del sonido, pero tiene la desventaja de que está lejos de representar con precisión lo que realmente se percibe. Esto se debe a que la sensibilidad del oído depende fuertemente de la frecuencia. En efecto, mientras que un sonido de 1 kHz y 0 dB ya es audible, es necesario llegar a los 37 dB para poder escuchar un tono de 100 Hz, y lo mismo es válido para sonidos de más de 16 kHz.

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Curvas de Fletcher y Munson

Cuando esta dependencia de la frecuencia de la sensación de sonoridad fue descubierta y medida (por Fletcher y Munson, en 1933, ver gráfica), se pensaba que utilizando una red de filtrado (o ponderación de frecuencia) adecuada sería posible medir esa sensación en forma objetiva. Esta red de filtrado tendría que atenuar las bajas y las muy altas frecuencias, dejando las medias casi inalteradas. En otras palabras, tendría que intercalar unos controles de graves y agudos al mínimo antes de realizar la medición. Había sin embargo algunas dificultades para implementar tal instrumento o sistema de medición. El más obvio era que el oído se comporta de diferente manera con respecto a la dependencia de la frecuencia para diferentes niveles físicos del sonido. Por ejemplo, a muy bajos niveles, sólo los sonidos de frecuencias medias son audibles, mientras que a altos niveles, todas las frecuencias se escuchan más o menos con la misma sonoridad. Por lo tanto parecía razonable diseñar tres redes de ponderación de frecuencia correspondientes a niveles de alrededor de 40 dB, 70 dB y 100 dB, llamadas A, B y C respectivamente. La red de ponderación A (también denominada a veces red de compensación A) se aplicaría a los sonidos de bajo nivel, la red B a los de nivel medio y la C a los de nivel elevado (ver figura). El resultado de una medición efectuada con la red de ponderación A se expresa en decibeles A, abreviados dBA o algunas veces dB(A), y análogamente para las otras.

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Por supuesto, para completar una medición era necesaria una suerte de recursividad. Primero había que obtener un valor aproximado para decidir cuál de las tres redes había que utilizar, y luego realizar la medición con la ponderación adecuada.

CURVAS DE PONDERACIÓN A, B y C

La segunda dificultad importante proviene del hecho de que las curvas de Fletcher y Munson (al igual que las finalmente normalizadas por la ISO, Organización Internacional de Normalización) son sólo promedios estadísticos, con una desviación estándar (una medida de la dispersión estadística) bastante grande. Esto significa que los valores obtenidos son aplicables a poblaciones no a individuos específicos. Más aún, son aplicables a poblaciones jóvenes y otológicamente normales, ya que las mediciones se realizaron con personas de dichas características. La tercera dificultad tiene que ver con el hecho de que las curvas de Fletcher y Munson fueron obtenidas para tonos puros, es decir sonidos de una sola frecuencia, los cuales son muy raros en la Naturaleza. La mayoría de los sonidos de la vida diaria, tales como el ruido ambiente, la música o la palabra, contienen muchas frecuencias simultáneamente. Esta ha sido tal vez la razón principal por la cual la intención original detrás de las ponderaciones A, B y C fue un fracaso. Estudios posteriores mostraron que el nivel de sonoridad, es decir la magnitud expresada en una unidad llamada fon que corresponde al nivel de presión sonora (en decibeles sin ponderación) de un tono de 1 kHz igualmente sonoro, no constituía una auténtica escala. Por ejemplo, un sonido de 80 fon no es el doble de sonoro que uno de 40 fon. Se creó así una nueva unidad, el son, que podía medirse usando un analizador de espectro (instrumento de medición capaz de separar y medir las frecuencias que componen un sonido o ruido) y algunos cálculos ulteriores. Esta escala, denominada simplemente como sonoridad, está mejor correlacionada con la sensación subjetiva de sonoridad, y por Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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ello la ISO normalizó el procedimiento (en realidad dos procedimientos diferentes según los datos disponibles) bajo la Norma Internacional ISO 532. En la actualidad existen inclusive instrumentos capaces de realizar automáticamente la medición y los cálculos requeridos para entregar en forma directa la medida de la sonoridad en son. Hay diversos procedimientos para saber cuan audible es un ruido: 1. Un método sencillo, pero muy aproximado es obtener mediciones con un medidor de nivel sonoro ponderado y convertir estas mediciones a valores de audibilidad, pero este frecuentemente no es adecuado. 2. Otra posibilidad es el método “jurado de sonido” que consiste en que un grupo de personas debidamente seleccionadas comparan al ruido que se quiere medir con otro sonido de referencia. 3. Un tercer método depende de un análisis de frecuencia en bandas de octavas y luego conocido el nivel de presión sonora en cada banda se calcula la audibilidad. Unidades de medidas de la Audibilidad  Escala Fon: Así como para la presión sonora, intensidad sonora, etc., tenemos lo que hemos llamado nivel de presión sonora, nivel de intensidad sonora, etc., asís igualmente la audibilidad puede expresarse a través de un nivel de audibilidad, pero en este caso la unidad no es el dB sino que recibe el nombre de “fon”. El nivel de referencia elegido es un sonido de presión igual a 0,0002 µ bar y de frecuencia igual a 1.000 cps (Hz), o sea, un tono de 1.000 cps. Los resultados del “juicio sonoro” se dan al expresar el nivel de presión sonora de un tono de 1.000 cps que tiene la misma audibilidad que el sonido desconocido. Por ejemplo, si los observadores encuentran en promedio que un ruido es escuchado tal como un tono de 1.000 cps que tiene un nivel de presión sonora de 60 dB, entonces se dice que ese ruido tiene un nivel audible de 60 fones. El término Fon: es el nombre de la unidad de nivel audible y siempre que se usa significa mediciones de sonidos hechas por un jurado e involucra ya sea directa o indirectamente el intento de predecir los resultados que un jurado sonoro obtendrá al hacer una de estas comparaciones.  Escala Son: Una distinción importante en acústica se hace entre los términos “Audibilidad” y “niveles de Audibilidad”. La unidad de audibilidad es el “son”, para cada valor en fones hay un valor correspondiente en sones. Dentro de ciertos límites puede definirse por la ecuación:   Log N = 0,03 NA – 1,2 Ecuación 23 Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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Donde: N = audibilidad en sones NA = nivel audible en fones Por definición la audibilidad de 1 son ha sido arbitrariamente seleccionada para corresponderá un nivel audible de 40 fones. 17. INSTRUMENTOS DE MEDICION SONORA Se hace imprescindible considerar una serie de parámetros a la hora de realizar la selección de un sonómetro. Existe una variedad muy amplia de fuentes de ruido y de ambientes ruidosos. De la misma forma, es posible obtener varios indicadores que caracterizan a esas fuentes y paisajes sonoros. Esta situación determina que no siempre sean los mismos objetivos los que se persiguen cuando se decide realizar mediciones de ruido. El sonómetro es un equipo que permite cuantificar objetivamente el nivel de presión sonora. En esencia se compone de un elemento sensor primario (micrófono), circuitos de conversión, manipulación y transmisión de variables (módulo de procesamiento electrónico) y un elemento de presentación o unidad de lectura. Cumpliendo, así, con todos los aspectos funcionales inherentes a un instrumento de medición. Teniendo en cuenta la existencia de varios tipos de ruido (continuo, impulsivo, aleatorio, eventual), es de suponer la existencia de variedad de sonómetros para la cuantificación de los mismos. Lo anterior define la utilización de uno u otro instrumento. Los parámetros que puedan ser analizados durante la medición, o postmedición, están en correspondencia con el equipamiento disponible y sus potencialidades. De aquí se desprende que no todos los medidores de nivel sonoro tienen idénticas posibilidades. Se diferencian en precisión, rango dinámico, fiabilidad, etc. Surgiendo, de hecho, la necesidad de elegir. ¡Y de elegir lo necesario! ¿Pero cómo? Para ello será preciso tener en cuenta el uso que se le dará al equipo. Aquí entran a desempeñar su papel dos aspectos que se combinan: entorno y objetivos de las mediciones. Esto recoge si se realizarán en ambientes laborales, si para la comprobación de ruido comunitario, si para la realización de mediciones generales, si para diagnosticar el estado de máquinas, si para comprobar los efectos de un aislamiento, etc. EL SONÓMETRO: El Sonómetro es un instrumento diseñado para responder al sonido en aproximadamente la misma manera que lo hace el oído humano y dar mediciones objetivas y reproducibles del nivel de presión sonora. Existen muchos sistemas de medición sonora disponibles. Aunque son diferentes en el detalle, cada sistema consiste de un micrófono, una sección de procesamiento y una unidad de lectura. El micrófono convierte la señal sonora a una señal eléctrica equivalente. El tipo más adecuado de micrófono para sonómetro es el micrófono de condensador, el cual combina Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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precisión con estabilidad. La señal eléctrica producida por el micrófono es muy pequeña y debe ser amplificada por un preamplificador antes de ser procesada. Varios procesamientos diferentes pueden aplicarse sobre la señal. La señal puede pasar a través de una red de ponderación. Es relativamente construir un circuito electrónico cuya sensibilidad varíe con la frecuencia de la misma manera que el oído humano, y así simular las curvas de igual sonoridad: Esto ha resultado en tres diferentes características estandarizadas internacionalmente, las ponderaciones "A", "B" y "C". Además de una o más de éstas redes de ponderación, los sonómetros usualmente tienen también una red "LINEAL". Esto no pondera la señal, sino que deja pasar la señal sin modificarla. Cuando se requiere más información, el rango de frecuencia de 20 Hz a 20 kHz puede ser dividido en secciones o bandas. Estas bandas tienen usualmente un ancho de banda de una octava o un tercio de octava (una octava es una banda de frecuencia donde la más alta frecuencia es dos veces la más baja frecuencia). Después que la señal ha sido ponderada y/o dividida en bandas de frecuencia, la señal resultante es amplificada, y se determina el valor Root Mean Square (RMS) con un detector RMS. El RMS es un valor promedio matemático especial y es de importancia en las mediciones de sonido porque está relacionado directamente con la cantidad de energía del sonido que está siendo medido. La última etapa del sonómetro es la unidad de lectura que muestra el nivel sonoro en decibeles (dB), u otros como el dBA, que significa que el nivel sonoro medido ha sido ponderado con el filtro A. La señal también puede estar disponible en salidas AC o DC, para la conexión de instrumentos externos para un posterior procesamiento. Existen diversos tipos de sonómetros que se diferencian principalmente del grado de precisión que deben cumplir en relación con los valores que son capaces de medir. Ellos son los sonómetros tipo 0, 1, 2 y 3. El sonómetro Tipo 0 se utiliza generalmente en

Micórfonos

Pistofono Calibrador

laboratorios especializados y sirve como dispositivo estándar de referencia. El Tipo 1, se utiliza tanto en laboratorio como en terreno cuando el ambiente acústico debe ser especificado y/o medido con precisión. El Tipo 2, es adecuado para mediciones generales en terreno y el tipo 3 se utiliza para realizar mediciones de reconocimiento. Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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A continuación se proponen diez indicadores técnicos que deben facilitar la tarea de elegir un sonómetro: 1. Clase del instrumento: Puede ser de clase 0, 1, 2, 3. Depende de la precisión buscada en las mediciones y del uso que se requiera del instrumento. Clase 0: se utiliza en laboratorios. Sirve como referencia. Clase 1: empleo en mediciones de precisión en el terreno. Clase 2: utilización en mediciones generales de campo. Clase 3: empleado para realizar reconocimientos. Mediciones aproximadas. 2. Micrófono suministrado: Este aspecto es de suma importancia puesto que determina el rango de frecuencias que podrá analizar el instrumento. Aquí debe tenerse en cuenta el tipo de micrófono, su sensibilidad, la banda de frecuencias, la capacitancia (pF) y el nivel de ruido inherente. Este último no es más que la combinación de valores de ruido eléctrico y térmico que sufre el micrófono a 20 °C (expresados en dB). Varía de un tipo a otro de ponderación de frecuencias. Es necesario conocer, además, por cuáles micrófonos es posible intercambiar el suministrado. Y, también, la respuesta del instrumento ante los infra y ultrasonidos, en el caso que sean de interés. 3. Parámetros de medida: Este aspecto determina los tipos de mediciones que pueden hacerse con el instrumento. Los parámetros consideran dos tipos de ponderaciones, a saber: Ponderaciones de frecuencia: pueden ser A, B, C, D, U. Ponderaciones de tiempo: pueden ser S (slow), F (fast), I (impulsive) y Peak (pico). Es significativo que no todos los modelos de sonómetros cuenten con el total de ponderaciones existentes. Una vez más se hace imprescindible conocer, para no fallar en la elección, qué se quiere medir y con qué objetivo. En la práctica, como se puede deducir, es posible combinar las compensaciones de tiempo y frecuencia del instrumento, en dependencia de las características del evento acústico a estudiar. A continuación se ofrece, en las tablas 1 y 2, una breve caracterización de cada una de ellas. Tabla 1. Ponderaciones de Frecuencia Ponderaciones Caracterización de frecuencia A

Es la red de ponderación más comúnmente utilizada para la valoración de daño auditivo e inteligibilidad de la palabra. Empleada inicialmente para analizar sonidos de baja intensidad, es hoy, prácticamente, la referencia que utilizan las leyes y reglamentos contra el ruido producido a cualquier nivel. Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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B

Fue creada para modelar la respuesta del oído humano a intensidades medias. Sin embargo, en la actualidad es muy poco empleada. De hecho una gran cantidad de sonómetros ya no la contemplan.

C

En sus orígenes se creó para modelar la respuesta del oído ante sonidos de gran intensidad. En la actualidad, ha ganado prominencia en la evaluación de ruidos en la comunidad, así como en la evaluación de sonidos de baja frecuencia en la banda de frecuencias audibles.

D

Esta red de compensación tiene su utilidad en el análisis del ruido provocado por los aviones.

U

Es una red de ponderación de las más recientes. Se aplica para medir sonidos audibles en presencia de ultrasonidos.

Tabla 2. Ponderaciones de Tiempo Ponderaciones de tiempo

Caracterización

S

El instrumento responde lentamente ante los eventos sonoros. El promediado efectivo de tiempo es de aproximadamente un segundo.

F

I Peak

Brinda una respuesta al estímulo sonoro más rápida. La constante de tiempo es menor (0.125 segundos) y por tanto, puede reflejar fluctuaciones poco sensibles a la ponderación anterior. Tiene una constante de tiempo muy pequeña. Se emplea para juzgar cómo influye, en el oído humano, la intensidad de sonidos de corta duración. Permite cuantificar niveles picos de presión sonora de extremadamente corta duración (50 microsegundos). Posibilitando la determinación de riesgo de daño auditivo ante los impulsos.

4. Funciones especializadas: Este aspecto esta regido por el diseño de cada modelo de sonómetro. Dichas funciones dan posibilidades para el estudio más completo del paisaje sonoro que se analiza. Pueden ser los valores RMS, pico, filtros para corregir los efectos de pantalla y la incidencia sonora frontal o aleatoria, almacenamiento del historial de calibración, detectores de sobrecarga, nivel de criterio, nivel de umbral, filtros para análisis de infrasonidos y ultrasonidos... 5. Salidas auxiliares: Debe contar con salida de corriente continua (CC) y de corriente alterna (CA). La salida CA es fundamental para posibles mediciones con cinta para audio digital (DAT, siglas en inglés) El DAT se conecta a la salida de CA obteniendo un registro de la señal que permite analizarla posteriormente. Una impedancia de salida aceptable puede ser 100 ohm. No todos los sonómetros ofrecen la salida auxiliar de CA. 6. Capacidad de almacenamiento: En dependencia de los objetivos que se fijen. Es importante si no se dispone de grabadores DAT. Puesto que pueden mantenerse los registros para su posterior análisis con un Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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software adecuado. Tiene la ventaja que permite recuperar los datos y mostrarlos en pantalla, imprimirlos o transferirlos a la computadora para un estudio superior. El inconveniente es que los software de análisis se venden como elementos opcionales. ¡El costo de la inversión se dispara! 7. Módulos de software opcionales: Característica muy vinculada a la anterior. Permite realizar análisis más complejos de las señales: análisis espectrales y estadísticos, informes periódicos... En el caso del análisis de frecuencias, de oficio, se requerirá de juegos de filtros de 1/1 y 1/3 de octava (que en muchos casos se suministran como opcionales). Sin embargo, es posible también utilizar un grabador DAT con una entrada compatible con la salida de CA del sonómetro, para luego transferir la información a la computadora. Para lo que se necesita, además del DAT, de una tarjeta de sonido común que genere archivos WAV. Es una posibilidad que puede resultar muy conveniente para cuando se dispone de escasos recursos. 8. Control de medición: puede ser manual o con tiempo preestablecido (en el último caso existen equipos con posibilidades de almacenamiento automático que van desde 1 segundo hasta 24 horas). Hay sonómetros que permiten programar la fecha y hora de inicio de las mediciones con varias semanas de antelación. Es un factor a considerar en mediciones de eventos de ruido con largos intervalos temporales. 9. Interfaz de usuario: debe velarse por una disposición lógica de las funciones. Teclas marcadas claramente y un tamaño de pantalla que no dificulte los análisis in situ. Además, no debe subestimarse la presencia de una ruta amigable durante la configuración de los parámetros de medición y la protección de los datos. 10. Accesorios opcionales: Existe una gran variedad de accesorios opcionales que deben ser elegidos en dependencia del uso destinado al sonómetro y de las posibilidades monetarias. Algunos de ellos son: programas de análisis, calibradores, impresoras portátiles, trípodes, pantallas antiviento, extensores, fuentes de alimentación, maletas de transporte, juegos de filtro de 1/1 y 1/3 de octava y otros. Filtros de Ponderación: Los medidores de nivel sonoro están equipados con filtros de ponderación los cuales tienen por objeto ajustar la respuesta del instrumento a la frecuencia de manera de tener una respuesta algo semejante a la que el oído da al ruido. Como se sabe, la escala A es la mas utilizada internacionalmente a la hora de establecer limites de exposición al ruido, pero, según esa misma referencia, los intervalos de presión sonora en los que la respuesta de los aparatos de medida se adapta mas a la realidad son los siguientes: Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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Escala A para < 55 dB Escala B para 55-85 dB Escala C para 85-120 dB Escala D para > 120 dB Filtros A y B: para ajustar la respuesta a la frecuencia en las frecuencias inferiores del espectro y aproximar esta respuesta a los contornos de igual audibilidad del oído humano. Estos por atenuación de las frecuencias inferiores proporcionan una respuesta lo más ajustada posible al comportamiento del oído en los niveles de presión sonora inferiores a 85 dB. La mayor atenuación en las bajas frecuencias la proporciona el filtro A, en tanto que el filtro B proporciona un grado intermedio. Estos filtros se conocen respectivamente como filtros 40 y 70 dB a causa de su semejanza con los contornos de igual audición en estos niveles. Filtro C: este filtro proporciona igual respuesta del medidor de nivel sonoro a sonidos de todas las frecuencias dentro del rango de frecuencias del instrumento. Es decir, la respuesta de este filtro es plana. Esta característica del filtro permite aprovecharla en dos sentidos: 1. Cuando se requiere conocer las características físicas del ruido, por ejemplo cuando se hacen análisis de bandas de octavas. 2. Además aproxima la respuesta en los niveles sonoros altos del mismo modo como lo hace el oído (85 dB y más). En todo caso la lectura con el filtro C representa una medida del nivel de presión sonora física o real.. DOSÍMETROS. Un dosímetro es un tipo especial de sonómetro integrador diseñado como equipo portátil para que pueda ser colocado en el bolsillo del trabajador cuya exposición al ruido se desea medir. Las lecturas que proporcionan los dosímetros es la dosis de ruido que podemos definir como la cantidad de ruido recibida por un trabajador, y se expresa generalmente como un % de la dosis máxima (100%). Igual que sucede con el nivel de presión acústica continua equivalente ponderado A, la dosis engloba dos conceptos; un Nivel de Ruido y un tiempo de exposición. Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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El dosímetro es, sin duda, el equipo ideal para la medición del ruido al que está expuesto el trabajador, en especial, en aquellas tareas que requieren la movilidad del trabajador en ambientes acústicos muy diferentes entre ellos. ANALIZADORES DE FRECUENCIA. El medidor de nivel sonoro indica el nivel de presión sonora para la totalidad del rango de frecuencia audible. Pero a causa de la importancia que tiene la distribución de los niveles de presión sonora en distintas regiones del espectro sonoro es necesario un análisis de frecuencia. Estos instrumentos son los analizadores de frecuencias de los cuales hay varios tipos, tenemos el analizador de banda angosta que hace análisis en bandas de frecuencia de ancho igual a 1/35 avo de octava y el analizador de bandas de octava el más conocido y el mas útil para mediciones de higiene industrial. 18. CONTROL DE RUIDO Si bien la ingeniería de control de ruido industrial necesita algún conocimiento fundamental de acústica; el problema depende igualmente de un alto grado de ingenio por parte del higienecita industrial o de cualquier otro individuo responsable del control del ruido. Los principios generales de acústica han sido perfectamente bien establecidos. Sin embargo, las complejidades de las fuentes de ruido industrial y de sus ambientes tienen en la mayoría de los casos de soluciones empíricas, de ahí que ciertos procedimientos experimentales sean usuales en el desarrollo del control de ruido. El primer paso en cualquier problema de control de ruido es asegurar información adecuada tanto en calidad como en cantidad y en relación con la magnitud del problema. Esto significa medir el espectro del ruido y asegurarse información completa sobre el ambiente en el cual existe el ruido. El siguiente paso lógico es la comparación de información de los valores cuantitativos del ruido con los criterios establecidos para evitar daño auditivo, molestias o problemas de comunicación de la voz. Sería juicioso considerar como sospechoso y motivo de control todos los niveles de ruido que exceden el criterio. La cantidad de control de ruido requerida para cada una de las bandas de frecuencia es aquella atenuación suficiente para reducir el ruido a un nivel dentro del criterio Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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seleccionado. Si este grado de reducción de ruido no se alcanza, algún riesgo debe aceptarse. Habiendo determinado el grado de reducción de ruido requerido, el higienista industrial debe entonces considerar distintas medidas de control tales como: diseño ingenieril, protectores personales o limitación del tiempo de exposición. El método preferido de reducción de ruido es generalmente el control ingenieril, tal como, cambio de la producción sonora de la fuente, aplicación de barreras, absorción sonora o montaje de maquinas. Sin embargo, tal control no es siempre posible o factible, en cuyo caso, otras medidas de control deben emplearse tal como aparatos de protección personal, limitación del tiempo de exposición o una combinación de estos. Una vez tomadas las medidas de control, el paso final en el programa de control de ruido, es volver a medir el ruido para determinar el grado de éxito alcanzado por un método de control especifico. El grado de éxito no estará determinado solamente sobre la base de una evaluación subjetiva. Es imperativo volver a medir el espectro del ruido con el fin de determinar cuanta reducción se obtuvo realmente. Cuando en un área hay implicada mas de una fuente, es esencial reducir la más ruidosa si se quiere alcanzar una reducción efectiva. Hay que hacer notar que el sonido producido por una fuente simple puede viajar por mas de una trayectoria hasta el punto en el cual se hace molesto. Por eso es conveniente hacer diagramas de flujo ruidoso los cuales son una buena ayuda para un análisis exacto de un problema dado. Por ejemplo, fuentes sonoras instaladas en un encierro puede tener:  Radiación directa por el aire a través de aberturas en el encierro  Radiación sonora dentro del encierro debido a vibración producida en la fuente y transmitida por trayectoria sólida al aire.  Radiación indirecta desde el encierro, esto es, sonido generado por la fuente, transmitido por el aire en el interior del encierro y seguida vuelto a radiar por la pared exterior del encierro. El problema está en determinar cual trayectoria lleva la mayor cantidad de energía y entonces seleccionar métodos apropiados, para obtener la reducción deseada a lo largo de ellas. El modo de atacar un problema de ruido es algo análogo al modo de controlar cualquier riesgo ambiental. Las medidas de control apropiadas incluyen cuestiones tales como, cambio en el proyecto y diseño de la planta, sustitución por un método menos riesgoso, reducción del Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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riesgo en su fuente y reducción del riesgo una vez que este ha abandonado su punto de origen. Es útil seguir un método planificado de análisis de modo que ninguna posible medida de control quede sin controlar o sin examinar. La siguiente relación puede usarse para hacer tal análisis: I. Proyecto de la Planta II. Sustitución A. Uso de equipo más silencioso B. Uso de proceso más silencioso C. Uso de material más silencioso III.Modificación de la fuente de ruido A. Reducir la fuerza impulsora sobre una superficie vibrante 1. Mantener el equilibrio dinámico 2. Minimizar la velocidad rotacional 3. Aumentar la duración del ciclo de trabajo 4. Decuplar la fuerza impulsora B. Reducir respuesta de superficie vibrante 1. Aumentando la amortiguación 2. mejorando las uniones 3. Aumentando la rigidez 4. Aumentando la masa 5. Cambiando las frecuencias resonantes C. Reducir área de la superficie vibrante 1. reduciendo dimensiones totales 2. Perforando la superficie D. Usar direccionalidad de la fuente E. Reducir la velocidad de flujo del fluido F. Reducir la turbulencia IV. Modificación de la onda sonora A. Confinar la onda sonora B. Absorber la onda sonora 1. Absorber sonido dentro de la sala 2. Absorber sonido a lo largo de la trayectoria de transmisión C. Usar fenómeno de resonancia I. Proyecto de plantas Una de las mejores oportunidades para el higienista industrial en el campo de control de ruido es guiar el diseño de nuevas plantas y la modernización de las existentes. De esta manera los problemas de ruido pueden ser evitados. Un proyecto exitoso implica:  Conocimiento de las características de ruido de cada máquina, proceso y ambiente  Selección del criterio de diseño  Aislamiento geográfico de las operaciones ruidosas cuyo control no es practico. Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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Junto con las especificaciones de diseño contenidas en las placas de características de las máquinas debiera incorporarse un dato sobre la producción de ruido de la máquina. Esto permitirá frente a varias opciones posibles, seleccionar el equipo mas apropiado. II. Sustitución A. Uso de Equipo más silencioso: A veces es posible sustituir una máquina por otra menos ruidosa. Cuando se adquiere un equipo nuevo, el tipo y velocidad deben seleccionarse, sobre la base del criterio de ruido aplicable. Por ejemplo los ventiladores axiales producen ruido de más alta frecuencia que los ventiladores centrífugos. Puesto que el criterio específica niveles de ruido bajo en las frecuencias altas, un ventilador centrífugo podría proporcionar un nivel de ruido aceptable. Los ventiladores que trabajan a altas velocidades son más ruidosos que aquellos que lo hacen a bajas velocidades; en efecto el nivel de intensidad sonora varía con la quinta potencia de la velocidad. En general los engranajes rectos son más ruidosos que los engranajes helicoidales. El uso de transmisión por correa asegura una operación más silenciosa que la transmisión por engranajes. El ruido producido por el chorro de aire usado para botar las piezas cortadas en las prensas, puede ser eliminado al usar un botador mecánico. En general las herramientas portátiles neumáticas son más ruidosas que las herramientas eléctricas.

Ventilador Axial

Ventilador centrífugo

B. Uso de Procesos más silenciosos: La sustitución de soldado en vez de remachado proporciona una reducción de ruido importante, también se consigue una reducción importante reemplazando el remachado por apernado de alta resistencia. La llave para apretar las tuercas es por si misma una fuente de ruido indeseable aunque no es tan mala como un martillo de remachado. A veces es posible reducir el ruido al sustituir el desbastado con cincel neumático por esmerilado. C. Uso de Materiales más silenciosos: Los materiales usados para construir edificios, máquinas cañerías o estanques tienen vital importancia en control de ruido. Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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Algunos materiales y estructuras tienen una amortiguación alta; otros tienen poca y suenan cuando se les golpea. Si dos materiales que están juntos se golpean y producen ruido, el ruido puede reducirse al amortiguar el material o introduciendo un tope elástico entre ellos. Buenos materiales para topes son el caucho y los plásticos. Como ejemplos se pueden mencionar los rellenos y empaquetaduras, los gorros para cabezas de martillos, etc.

Almohadillas de Hule

Juntas Expansión Hule

III. Modificación de la Fuente de Ruido Es conveniente al discutir este tipo de control separar las fuentes de ruido en dos categorías generales, determinadas por los mecanismos de generación de la onda sonora:  La primera categoría incluye fuentes de ruido en la cual la onda sonora resulta del movimiento superficial de un líquido o sólido vibrante.  La segunda categoría consiste de fuentes sonoras que resultan desde la turbulencia de un medio gaseoso. Estas últimas fuentes se originan por las interacciones entre el flujo de gas de alta velocidad y el aire que lo rodea. Hay también combinaciones de estas dos categorías. Uno de los primeros pasos que deben darse en este tipo de control sería la reducción de las fuerzas que en último término se transforman en vibraciones generadoras de ruidos. De la misma manera, la reducción de las velocidades de flujo de los gases tendrá su efecto sobre la generación de ruido por turbulencia. Las fuerzas comúnmente encontradas en el equipo industrial pueden ser descritas como fuerzas mecánicas repetitivas y fuerzas de impacto no repetidas. A. Reducción de la Fuerza Impulsora sobre una Superficie Vibrante: La fuerza repetitiva, resulta del desequilibrio en masas que rotan, ella aumenta con el aumento de la velocidad rotacional. Las fuerzas repetitivas desequilibradas pueden también producirse por Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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masa recíproca tal como pistones, émbolos. Para minimizar la magnitud de tales fuerzas es necesario equilibrar dinámicamente las masas que deben moverse. Para mantener este equilibrio es esencial la manutención de los descansos y lubricación apropiada. El aumento de la velocidad resulta en fuerzas mayores y generalmente en mayores niveles de ruido. Por eso, ninguna máquina debería operar a alta velocidad innecesariamente. La fuerza de impacto (la cual es generalmente no repetitiva en términos audibles) se presenta en la mayoría de las operaciones de fabricación metálica, tales como punzonado, forjado, remachado y cortado. A causa de la corta duración de la mayoría de las fuerzas de impacto, el ruido depende en gran medida de la amplitud máxima de la fuerza. El mismo trabajo puede a veces efectuarse con una fuerza más pequeña desarrollada en un periodo de tiempo mas largo. B. Reducción de la Respuesta de la Superficie Vibrante: esto puede hacerse amortiguando la masa vibrante, mejorando sus soportes, aumentando su rigidez, aumentando su masa o cambiando sus frecuencias resonantes.

Colgantes de Hule

Soportes de Resortes Tacones de Hule

C. Reducir Area de Superficie Vibrante: La energía sonora generada por superficies vibrantes depende no solamente de la velocidad del movimiento de la superficie sino también del área de la superficie radiante. Superficies grandes con relación a la longitud de onda de sonido en el medio de que se trate, generan ruidos de baja frecuencia. Cualquier superficie de unos pocos centímetros cuadrados radia sonido en frecuencia sobre 1.000 cps. En general cualquier área de forma regular con una dimensión mayor que un cuarto de longitud de onda puede radiar sonido en la frecuencia correspondiente a esa longitud de onda en el aire.

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Las superficies que radian sonido de baja frecuencia pueden algunas veces devenir en radiaciones menos eficientes al dividirlos en pequeños segmentos o también reduciendo el área total. D. Usar Direccionalidad de la Fuente: La mayoría de las fuentes industriales son direccionales, es decir, ellas radian mas sonido en una dirección que en otra. Esta característica se puede aprovechar para hacer control al instalar la fuente de tal modo que un mínimo del campo sonoro se manifieste en el punto o área de interés. Un ejemplo que permite un uso ventajoso de esta forma de control es una chimenea vertical lo que dirige el sonido por encima del área ocupada. Cuando se quiere proteger un punto que este ocupado en un campo reverberante, hay cierta ventaja al dirigir la fuente sobre material altamente absorbente, esto efectivamente reduce la potencia de la fuente. E. Reducir la Velocidad de Flujo: Hay dos tipos de problemas en flujo de chorros. El primer tipo tiene que ver con los sistemas de flujo de gas en los cuales la presión estática del chorro en la tobera es menor que dos veces la presión del chorro en el ambiente. Los niveles sonoros de cualquier chorro que reúnan estas condiciones variarán con la sexta a octava potencia de la velocidad de la corriente o directamente con el área y densidad del gas. Los chorros como dispositivos propulsores directos pueden ser eficazmente silenciados con silenciadores adecuados, lo interesante es seleccionar el silenciador más adecuado. Los silenciadores pueden ser del tipo dispersivo, disipativo o una combinación de ambos. El silenciador dispersivo reduce la velocidad al esparcir el flujo en una gran área. Este es muy efectivo para controlar ruido desde motores a chorro y escape de maquinas neumáticas.

Silenciador Dispersivo

Silenciador Disipativo

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Otra forma de control es reducir la velocidad en la corriente misma. A causa de la relación exponencial anterior, una reducción de 10 dB en la generación sonora. Todos los chorros gaseosos, generan sonido altamente direccional. La intensidad del ruido disminuye rápidamente a medida que el ángulo con el eje del chorro aumenta. La direccionalidad depende de la frecuencia la cual a su vez depende del diámetro del chorro. Otras son las características de los chorros estrangulados, o sea, donde la presión estática antes de la salida es mayor que dos veces la presión del chorro en la atmósfera. A causa del choque de la onda un poco más allá de la salida del chorro, el ruido generado puede ser mayor que el calculado a partir de la velocidad, área y densidad. En este tipo de chorro la velocidad no depende del área de salida, sino del área anterior; ella aumenta lentamente a medida que la presión anterior a la salida aumenta. Este tipo de chorro se usa comúnmente para retirar las piezas cortadas por prensas de golpe. Un ejemplo común del chorro estrangulado es el que ofrece el escape a alta presión de pequeñas herramientas neumáticas. Como la energía cinética de la corriente de escape no se usa, es posible controlar el ruido de escape con silenciadores dispersivos o disipativos. En el caso de eyección por aire no puede usarse un silenciador si se quiere obtener una fuerza de eyección suficiente. Sin embargo puede alcanzarse una reducción apreciable del ruido por otras técnicas sin eliminar al principio de eyección por aire y sin recurrir a eyección mecánica. Hay tres fuentes de ruido en los sistemas de eyección por aire:  Ruido generado por turbulencia antes del orificio de salida  Ruido generado justo inmediatamente después de la salida  Ruido generado por el flujo de alta velocidad sobre los cantos agudos de la matriz o cuño de la maquina. Como la cantidad de ruido generado depende de la velocidad de la corriente, la reducción de la presión de abastecimiento proporcionará algún control de ruido. Sin embargo, la reducción de la velocidad de la corriente estará limitada por el empuje requerido para retirar las piezas (la fuerza de eyección sobre la pieza depende del cuadrado de la velocidad de la corriente y del área del chorro sobre la pieza la cual es pequeña). Un perfil de presión de impacto de un chorro pequeño indica que la porción de alta velocidad de la corriente tiene un ancho no mas de dos veces el diámetro del chorro. Por eso, al apuntar con exactitud el chorro en la rodela, (pieza) puede obtenerse un empuje máximo con una velocidad mínima. En sistemas de eyección por aire la dirección del chorro es de la mayor importancia si se quiere obtener una operación satisfactoria con el mínimo de la velocidad de la corriente. A menudo es posible obtener el empuje necesario al utilizar toberas múltiples en velocidades mas bajas o al acercar la tobera lo mas posible a la Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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pieza que se quiere retirar. Una disminución a la mitad en la distancia entre tobera y pieza eyectada permitirá reducir la velocidad del chorro un 30% sin sufrir ninguna reducción en la fuerza de eyección. Una reducción de velocidad de 0,3 proporciona una disminución de 8 a 10 dB en el nivel sonoro producido. IV. Modificación de la Onda Sonora A. Confinar la Onda Sonora: Cuando la reducción de ruido en la fuente no tiene éxito o es impracticable, la atenuación del sonido producido en el aire puede resolverse al levantar barreras para interrumpir el sonido antes de que llegue al oído. Al diseñar encierros, deben tomarse en cuenta muchos factores para que se de satisfacción tanto al aspecto acústico como al productivo. 1.

2.

3. 4. 5.

6.

Pared del encierro. Los materiales usados para construir la armazón básica determinan en gran medida la Reducción del ruido del encierro. Con el fin de alcanzar siquiera una pequeña aislamiento (10 dB o más) es necesario construir una armazón impermeable al flujo del aire. Revestimiento Acústico. La armazón del encierro será revestida con material absorbente sonoro para prevenir la formación de ruido interior. El espesor y densidad del revestimiento dependerá de la frecuencia del ruido en que se requiere una reducción de ruido mayor. Por ejemplo si se usa lana de vidrio, una pulgada de espesor y 3 lbs / pie3 de densidad es generalmente suficiente para 500 cps o más y tres pulgadas y 3 lbs / pie3 de densidad para menos de 500 cps. Sellos. Si se quiere una reducción de mas de 10 dB en un encierro sus uniones deben ser muy ajustadas y usarse sellos que generalmente son materiales como neopreno o asfalto. Montaje. El encierro será aislado de cualquier parte vibrante de una máquina. Si la máquina causa vibración considerable al piso o la base, la máquina o el encierro deben ser aislado de la vibración. Acceso para Manutención o Flujo de Productos. En la mayoría de los casos, deben proveerse de accesos convenientes para operación y manutención. Estos pueden generalmente hacerse proporcionando puertas de acceso, usando indicadores de medidas apartados, proporcionando puertas de correderas o construyendo el encierro de modo que él puede ser quitado fácilmente para servicio de la máquina. Efectos del Encierro sobre la Máquina. Podría requerirse ventilación forzada en el encierro si éste causa sobrecalentamiento de la máquina. Si el encierro es ventilado, los ductos de entrada y salida deben ser revestido con material absorbente o dotados de trampas sonoras para minimizar el escape de ruido desde el encierro.

Generalmente es razonable permitir una pérdida extra de 5 dB para compensar variaciones de los valores teóricos. Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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Encierro de paredes múltiples para casos donde la pérdida de transmisión requerida es sobre 50 dB, es más económico usar paredes múltiples en vez de la acostumbrada construcción de pared simple. Cuando dos o mas paredes impermeables están separadas por un espacio de aire sin amarras entre ellas, la pérdida de transmisión conseguida es considerablemente mayor que la que podría esperarse sobre la base de la atenuación de la ley de masas.

Pantalla Acústica

Cabina Acústica

B. Absorción Sonora dentro de la Sala: La reducción de ruido por absorción sonora está limitada a aquellos casos donde existen las siguientes condiciones: 1. La reducción de ruido deseada no es grande por ejemplo 7 a 10 dB en las altas frecuencias. 2. La sala es reverberante. 3. La persona expuesta está en el campo reverberante ( es decir a cierta distancia de la fuente). Puesto que los coeficientes varían con la frecuencia para los diferentes materiales, una selección inteligente requiere de un análisis de banda de octava de ruido no solamente para escoger el mejor material sino también para decidir, por adelantado si los resultados que se tendrán son los esperados Las reducciones de ruidos teóricos que pueden efectuarse se determinan por la siguiente ecuación: A NR = 10 log 2 (dB ) A1 Donde : NR = reducción del ruido en dB A1 = número total de unidades de absorción (sabins) en la sala antes del tratamiento A2 = número total de unidades de absorción (sabins) en la sala después del tratamiento. Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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El número total de unidades de absorción mencionado arriba es la suma de todas las áreas superficiales de la sala multiplicadas por sus respectivos coeficientes de absorción más la absorción debida a otros objetos o las personas.

MATERIALES USADOS EN EL CONTROL DEL RUIDO ALMOHADILLAS DE HULE Se usan para todo tipo de equipos, para la absorción de impactos, y para evitar el ruido y la vibración en casi todos los equipos de HVAC, como: bombas, ventiladores, manjeradores de aire, etc.

TACONES DE HULE Los tacones de Hule tienen una gran cantidad de aplicaciones. Se deben escoger con la carga nominal igual o cercana al peso del equipo al que va a soportar, para maximizar la deflexión del tacón y reducir la vibración transmitida.

SOPORTES DE RESORTE COLGANTES DE HULE Existen varios tipos de colgantes que se utilizan para evitar roces de superficies duras, ruidos y eliminar vibración de altas frecuencias.

Este tipo de producto es utilizado para aislar vibraciones horizontales y verticales. Tiene todo tipo de aplicaciones como ventiladores centrífugos, pisos y losas con claros muy grandes, entre columnas, entre otras cosas.

JUNTAS DE EXPANSIÓN Y MANGUERAS COLGANTES DE HULE Garantizan el aislamiento de las vibraciones destructivas y de los ruidos que pudieran ocasionarse en los equipos colgados.

Los conectores de expansión son juntas de expansión, conectores flexibles aisladores de vibración, todo en uno. Las mangueras de hule están diseñadas para instalarse en todos los sistemas de agua entre otras cosas, pueden utilizarse en muchas áreas de la industria.

SOPORTES DE AIRE Aisladores de vibración, prácticos y eficientes. Pueden usarse solos, sin una instalación de aire a presión fija y su inflado y mantenimiento se puede hacer con un tanque de aire portátil.

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19. DECRETO SUPREMO Nº 594, REGLAMENTO SOBRE CONDICIONES SANITARIAS Y AMBIENTALES BÁSICAS EN LOS LUGARES DE TRABAJO Párrafo III De los agentes físicos 1. DEL RUIDO Artículo 70: En la exposición laboral a ruido se distinguirán el ruido estable, el ruido fluctuante y el ruido impulsivo. Artículo 71: Ruido estable es aquel que presenta fluctuaciones del nivel de presión sonora instantáneo inferiores o iguales a 5 dB (A) lento, durante un período de observación de un minuto. Ruido fluctuante es aquel ruido que presenta fluctuaciones del nivel de presión sonora superiores a 5 dB(A) lento, durante un período de tiempo de observación de un minuto. Ruido impulsivo es aquel ruido que presenta impulsos de energía acústica de duración inferior a 1 segundo a intervalos superiores a 1 segundo. Artículo 72: Las mediciones de ruido estable, ruido fluctuante y ruido impulsivo se efectuarán con sonómetro integrador o con dosímetro que cumpla las exigencias señaladas para os tipos 0, 1, ó 2, establecidas en las normas: IEC 651-1979, IEC 804-1985 y ANSI S.1.4-1983. 1.1 DEL RUIDO ESTABLE O FLUCTUANTE Artículo73: En la exposición a ruido estable o fluctuante se deberá medir el nivel de presión sonora continuo equivalente (NPSeq o Leq), el que expresará en decibeles ponderados "A", con respuesta lenta, es decir, en dB(A) lento. Artículo 74: La exposición ocupacional a ruido estable o fluctuante deberá ser controlada de modo que en una jornada de 8 horas diarias, ningún trabajador podrá estar expuesto a un nivel de presión sonora continuo equivalente superior a 85 dB(A) lento, medidos en la posición del oído del trabajador. Artículo 75: Niveles de presión sonora continua equivalente, diferentes a 85 dB(A) lento, se permitirán siempre que el tiempo de exposición a ruido del trabajador no exceda los valores indicados en la siguiente tabla:

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Tiempo de exposición por día

NPSeq [dB(A) lento]

Horas

80

24,00

81

20,16

82

16,00

83

12,70

84

10,08

85

8,00

86

6,35

87

5,04

88

4,00

89

3,17

90

2,52

91

2,00

92

1,59

93

1,26

94

1,00

Minutos

95

47,40

96

37,80

97

30,00

98

23,80

99

18,90

100

15,00

101

11,90

102

9,40

103

7,50

104

5,90

105

4,70

106

3,75

107

2,97

108

2,36

109

1,88

110

1,49

111

1,18

Segundos

112

56,40

113

44,64

114

35,43

115

29,12

Estos valores se entenderán para trabajadores expuestos sin protección auditiva personal. Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

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Artículo 76: Cuando la exposición diaria a ruido está compuesta de dos o más períodos de exposición a diferentes niveles de presión sonora continuos equivalentes, deberá considerarse el efecto combinado de aquellos períodos cuyos NPSeq sean iguales o superiores a 80 dB(A) lento. En este caso deberá calcularse la dosis de ruido diaria (D), mediante la siguiente fórmula: Te Te Te D = 1 + 2 + ....... + n Tp 1 Tp 2 Tp n Te = Tiempo total de exposición a un determinado NPSeq. Tp = Tiempo total permitido de exposición a ese NPSeq. La dosis de ruido diaria máxima permisible será 1 (100%) Artículo 77: En ningún caso se permitirá que trabajadores carentes de protección auditiva personal estén expuestos a niveles de presión sonora continuos equivalentes superiores a 115 dB(A), cualquiera sea tipo de trabajo. 1.2 RUIDO IMPULSIVO Artículo 78: En la exposición a ruido impulsivo se deberá medir el nivel de presión sonora peak (NPS peak), expresados en decibeles ponderados "C", es decir, dB (C) peak. Artículo 79: La exposición ocupacional a ruido impulsivo deberá ser controlada de modo que para una jornada de 8 horas diarias ningún trabajador podrá estar expuesto a un nivel de presión sonora peak superior a 95 dB (C) peak, medidos en la posición del oído del trabajador. Artículo 80: Niveles de presión sonora peak diferentes a 95 dB (C) peak, se permitirán siempre que el tiempo de exposición a ruido del trabajador no exceda los valores indicados en la siguiente tabla: Tiempo de exposición por día

NPS peak [dB (C)]

Horas

90

24,00

91

20,16

92

16,00

93

12,70

94

10,08

95

8,00

96

6,35

97

5,04

98

4,00

99

3,17

Minutos

Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

Segundos

68

100

2,52

101

2,00

102

1,59

103

1,26

104

1,00

105

47,62

106

37,8

107

30,00

108

23,80

109

18,90

110

15,00

111

11,90

112

9,40

113

7,50

114

5,90

115

4,70

116

3,75

117

2,97

118

2,36

119

1,88

120

1,49

121

1,18

122

56,25

123

44,65

124

35,44

125

28,13

126

22,32

127

17,72

128

14,06

129

11,16

130

8,86

131

7,03

132

5,58

133

4,43

134

3,52

135

2,79

136

2,21

137

1,76

138

1,40

Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

69

139

1,11

140

1,00

Estos valores se entenderán para trabajadores expuestos sin protección auditiva personal.

Artículo 81: en ningún caso se permitirá que trabajadores carentes de protección auditiva personal estén expuestos a niveles de presión sonora peak superiores a 140 dB (C) peak, cualquiera sea el tipo de trabajo. Artículo 82: Cuando un trabajador utilice protección auditiva personal, se entenderá que se cumple con lo dispuesto en los artículos 75 y 80 del presente reglamento si el nivel de presión sonora efectivo no sobrepasa los límites máximos permisibles establecidos en las tablas indicadas en tales artículos. Para los efectos de este reglamento se entenderá por nivel de presión sonora efectiva la diferencia entre el nivel de presión sonora continua equivalente o el nivel de presión sonora peak, según se trate de ruido estable, fluctuante o impulsivo respectivamente, y la reducción de ruido que otorgará el protector auditivo. En ambos casos la reducción de ruido será calculada de acuerdo a las normas oficiales vigentes en materia de protección auditiva.

Ruido Industrial Ing. Santos Pecorelli

70