EL RUIDO EN LOS TRACTORESAGRÍCOLAS

Parte 1.- La medida del ruido

Primero de una serie de dosartículos técnicos dedicados aanalizar el ruido en los tractoresagrícolas, un aspecto esencialdesde el punto de vista de laergonomía y de la salud delconductor, lo que ha llevado a laindustria a adaptar sus productos,especialmente los motores.

LUIS MÁRQUEZ

L

a percepción del sonidopermite comunicarse conlos demás, recibir una mú-sica agradable, sentir el

murmullo tranquilo del campo, loque serian de por si suficiente pa-ra apreciar este don, pero no aca-ba aquí su utilidad; el sonido alertaen múltiples circunstancias: tim-bres, sirenas, llamadas, etc., to-das ellas imprescindibles para lavida en sociedad, y, además, es

un auxiliar poderoso para el ma-nejo de las máquinas que han he-cho posible nuestra civilización:ayuda a detectar sus fallos antesde que los daños puedan ser irre-parables.

Pero a pesar de estos efec-tos beneficiosos, la sociedad mo-derna contaminada por el sonido,suspira a veces por unos tapo-

nes que lo eliminarán, al igualque los párpados cierran los ojos,sin pensar que, entre estos so-nidos molestos, pudiera llegar al-

guno del que dependa incluso

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FIGURA 1 - PRESIÓN DEL SONIDO YEQUIVALENCIA DE NIVEL DE PRESIÓN

SONORA

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FIGURA 2- NIVELES DE PRESIÓN SONORA AUDIBLEPARA DIFERENTES FRECUENCIAS

(BRÜEL & KJAER)

nuestra vida, o por lo menos laconvivencia con los demás.

La molestia de un sonido noalcanza el mismo nivel entre to-dos los que lo escuchan, inclusoa alguno le puede resultar agra-dable lo que para otro resultamolesto. La música a plena po-tencia producirá un sonido agra-dable para el que la elige, peroprobablemente no opinarán asílos vecinos que quieran dormiro descansar; tampoco opinaránlo mismo sobre el de una motocon escape libre el conductorque la disfruta, que los peatonesy vecinos de la calle por la queacaba de pasar. Pero no sólo lafuerza del sonido es la que lo ha-ce desagradable, tan molestopuede resultar para el que quiereconciliar el sueño el paso de ungran camión por la calle, comoel goteo continuo de un grifo oel tictac del reloj.

Además, los habitantes delas zonas meridionales de Europasomos mayoritariamente ruido-sos. En algunas de nuestras fies-tas la diversión consiste en hacer

más ruido que enlas del vecino, y es-to nos parece nor-mal.

A la vista deesto se llamaría rui-do a cualquier soni-do no deseable, ysu molestia estaráen función de lamagnitud física deeste sonido, perotambién influirá, engran medida, el es-tado psíquico delsujeto en el mo-mento que lo reci-be, lo que habráque tener presenteen su valoración.

El sonido pue-de causar dañosmateriales por símismo: romper cris-tales, rajar paredes,etc., pero el dañofundamental está

en el hecho de que afecta tam-bién, a partir de unos niveles, aldelicado instrumento que sirvepara su percepción: el oído huma-no.

Al ser el sonido una magni-tud a la vez física y fisiológica, esdifícil medirlo de una maneraabstracta con un aparato físicocapaz de captar el ni-vel, o la molestia, queproduce en el indivi-duo un determinadosonido.

Hace ya más de25 años que se publi-có la Directiva para laaproximación de la le-gislación de los Esta-dos miembros de laUE sobre el "nivel so-noro en los oídos delos conductores de lostractores de ruedas",tanto agrícolas comoforestales. En ella seestablecían unos lími-tes máximos para elnivel de ruido permiti-do, así como los pro-

cedimientos para realizar la me-dición.

A pesar de la importanciaque el nivel sonoro en el puestodel conductor tiene para la saludde los tractoristas, ha sido unode los reglamentos que más seha retrasado su aplicación.

Esto ha sido una consecuen-cia de las dificultades técnicasque ocasiona bajar el nivel deemisión sonora que llega al pues-to de conducción de los tractoresagrícolas, especialmente en lospequeños, sobre todo si no dis-ponen de cabina cerrada.

A pesar de ello, las cosastienden a cambiar y la industriaadapta sus productos, en espe-cial los motores integrados enlos tractores agrícolas, para cum-plir algo que no es superfluo, si-no esencial desde el punto devista de la ergonomía y de la sa-lud del conductor.

I

Principios físicos delos fenómenosacústicos

Variación de la presión de unaonda

Las ondas sonoras están enfrecuencias entre 20 y 20 000

35MAYO 2011agrotécnica

20

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- 50

+ 20

2 5 102 2 5 iO 2 5 104 2Frecuencia, Hz

- 60

- 7010

FIGURA 3 - FILTROS DE PONDERACIÓNEN FUNCIÓN DE LA FRECUENCIA

(BRÜEL & KJAER)

agrouçcnica36

MAYO 2011

El sonido es, desde

el punto de vista

geométrico, una

onda, mientras que

desde el físico es

una onda más laenergía que esta

onda transporta

Hz. La presión del aire se elevasobre la presión atmosférica; es-te exceso de presión se denomi-na amplitud de los cambios depresión y es proporcional a laelongación del tímpano.

La presión atmosférica sepuede considerar que se sitúa aun nivel de 100 000 pascales, yla variación que produce el soni-do más débil que el oído humanopuede detectar es de 20 micro-pascales que es un valor 5 x 10-veces inferior a la presión at-

mosférica normal.Las amplitudes de la elonga-

ción del tímpano, aun para soni-dos muy fuertes, son extraordi-nariamente pequeñas; así laelongación máxima es de 10 cmpara una frecuencia de 1 000 Hz,

mientras que a los so-nidos más débiles co-rresponde una elonga-ción de unos 10 cm(comparativamente, eldiámetro de una mo-lécula es de 10' cm),por lo que se puededecir que el oido es unórgano extremada-mente sensible

Intensidad y potencia

acústica

El sonido es, des-de el punto de vistageométrico, una onda,mientras que desde elfísico es una onda másla energía que esta on-

da transporta. La intensidad 'I'de una onda se define como can-tidad media de energía transpor-tada por la onda por unidad desuperficie y unidad de tiempo(superficie perpendicular a la di-rección de propagación). Másbrevemente:

Intensidad [II = potencia me-dia transportada / unidad de su-

perficie.

Para el caso de una fuentesonora en campo libre (ocupandoel centro de una esfera de radior), la intensidad será:

I [VV/m 2 ] = Potencia [WI / 4 xx r2 = P2 /pxu

siendo:P = amplitud de los cambios

de presión (en Pa = N/m2)p = densidad media del aire (o

de otro medio)u = velocidad del sonido

La intensidad para el sonidomás fuerte tolerable sería de 94x 10 G VV/cm 2 , mientras que parael sonido mínimo audible seríade 10' VV/cm2

La potencia sonora será,por consiguiente, el productode la intensidad por el área dela superficie considerada, su-puesta uniforme la intensidaden toda ella. La potencia sonorade una persona hablando en to-no ordinario de conversación esde 10-5 W, y en tono muy alto de3 x 10-2W.

Potencia necesaria para sa-turar una sala con sonido fuerte,considerando como superficie lade una semiesfera de 20 m deradio (área igual a 25 x 10' cm2),con intensidad de 10W /cm2,será:

Potencia acústica =10' x 25x 10' = 2 500 W = 2.5

kW

La potencia eléctrica quepermitiría conseguir, mediantealtavoces, esta potencia acústicaserá mucho mayor, como conse-cuencia de la baja eficiencia enla transformación.

Nivel de intensidad y sonoridad

Debido al gran intervalo deintensidades para las que es sen-sible el oído es más convenienteutilizar una escala logarítmica pa-ra medirla. Se define el nivel deintensidad L 1 , de una onda sono-ra como:

Li = 10 x log 1/ lo

Siendo lo una intensidad ar-bitraria que se toma igual a 10'

VV/cm 2 , y que corresponde apro-ximadamente al sonido más dé-bil que puede oírse.

Los niveles de intensidad seexpresan en decibelios (dB). Pri-mitivamente se definió el 'belio'(L 1 = log 1/ lo), resultando una uni-dad excesivamente grande, porlo que se pasó al decibelio quees la décima parte del belio.

La intensidad máxima que eloído puede tolerar de 10 W /cm ? , corresponde a un nivel de:

= 10 x log 10-4 / 10 16 = 120 dB

La intensidad de una ondasonora es una característica pu-ramente objetiva, o física, sin quesea precisa la intervención del oí-do humano para su medición. Elaumento de la intensidad de unaonda provoca un aumento de lapercepción auditiva (sonoridad)que no puede medirse con apa-ratos físicos. La sonoridad es, conbastante aproximación, propor-cional al logaritmo de la intensi-dad, o sea al nivel de intensidad.

Esta medida se realiza me-diante sonómetros, instrumentosa los que se el incorporan filtrosde ponderación estudiados paraque la medida sea representativade la percepción del sonido en eloído humano, ya que las frecuen-cias del sonido hacen variar susefectos en la audición. Así, los fil-tros ponderadores (A, B, C, D),que reducen la magnitud físicamedida en función de la frecuen-cia. Una alternativa a los filtros esel estudio del sonido en octavasy tercios de octava.

La intensidad de

una onda sonora es

una característica

puramente

objetiva, o física,

sin que sea precisa

la intervención del

oído humano para

su medición

Las intensidades y las presio-nes de las ondas sonoras estánrelacionadas según la expresión:

1/ l o = / Po'

Según esto, el nivel de pre-sión sonora será:

Lp fc1BI= 20 x log P / Po

El nivel de intensidad queproducirá una fuente sonora queduplica su energía de emisión(sonido producido por dos má-quinas, comparado con el que seproducirá con una sola) se calculacomo sigue:

1_ 11 = 10 x log 1 /10-16

= 10 x log (1 1 + 1 1 ) /10' =10 x log 2 + L 11 3 + 1-11

O sea, 3 dB más que el corres-pondiente a una máquina sola.

La variación de la sonoridad(nivel de intensidad) que se pro-duce a medida que se aleja lafuente sonora en campo abierto,partiendo de una distancia R 1 pa-ra pasar a otra R 2 , será:

1 1 = E l /4 t R 1 2 ; con un nivelsonoro de: L11 = 10 x log ,1

1 2 = El /4 n R 2 2 ; con un nivelsonoro de: L 12 = 10 X log 1 2 /10'6

por lo que:

11 / 1 2 = R2 2 / R12;

L 12 = L 11 + 10 x log R 1 2 / R22

En el caso de R2 = 2 x R1

L12 = L 11 + 10 X log 1/4 = L11 - 10x log 2' = L I , - 10 x 0.6 = 1_ 11 - 6

Lo que indica que al doblede la distancia el nivel de inten-sidad de 6 dB menos.

FIGURA 4.- FIGURA 4.- NIVELES DESONORIDAD EN FUNCIÓN DE LA

FRECUENCIA DEL SONIDO

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Considerando que la medidadel sonido se realiza según unaescala logarítmica, un incrementode 6 dB supone el doble de la pre-sión sonora. Un aumento de 3 dBes el límite de incremento percep-tible por el oído, siendo 5 dB deincremento claramente percepti-ble y 10 dB de aumento suponeque el sonido sea percibido comodos veces más fuerte.

Para entender la diferenciaentre potencia acústica y presiónsonora se puede utilizar una ana-logía con el calor: la potenciaacústica sería equivalente a la po-tencia calorífica de una fuente deradiación, mientras que la presiónsonora equivaldría a la tempera-tura en el punto de medición.•

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MAYO 2011agrotécnica