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Master PRLCYMA M. Herráez 4-1

Ruido y Vibraciones en el ámbito de la Higiene en el trabajo (1 crédito ECTS)

4. Control de ruido y vibraciones.

Asignatura: Higiene en el trabajo (6 ECTS)

Master PRLCYMA

Impartido por: Marta Herráez

[email protected]

Ingeniería Mecánica – EII ValladolidDiciembre 2011


Índice

4. Control de ruido y vibraciones. Esquema general. Control en la fuente. Control en el camino. Control en el receptor. Aplicaciones al diseño de máquinas más silenciosas.

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Esquema general

Tres componentes: emisor, camino, receptor.


Esquema general de los distintos pasos en el control de ruido industrial:

Etapa inicial: Definición del problema.

Medida y análisis de datos.

Identificación de fuentes.

Segunda Etapa: Establecimiento de los límites de niveles de ruido aceptables y los requisitos legales a cumplir.

Consideraciones técnicas: Modificaciones en la fuente.

Modificaciones en el camino.

Modificaciones en el receptor.

Consideraciones Económicas.

Recomendaciones.

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Índice



Control en la fuente

Son las soluciones más eficaces, pero tiene el inconveniente de que deben realizarse en la fase de diseño del equipo, porque, una vez construido, las soluciones son costosas y muchas veces impracticables.

Es difícil el modelizado teórico del comportamiento de la fuente, por lo que habitualmente se trabaja con datos empíricos y soluciones que se ha demostrado que funcionan muy bien.

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Irradiación: cuando el ruido se genera por vibración de superficies. En este caso, lo correcto es emplear materiales de amortiguación de las vibraciones.

Golpes o Impactos: el ruido se produce por el choque de dos superficies duras en un tiempo muy pequeño. Las soluciones son: Aumentar la superficie de impacto. Aumentar el tiempo del impacto: engranajes helicoidales (contacto

gradual) en lugar de normales, prensado en lugar de impactado. Utilizar materiales con amortiguamiento interno. Por ejemplo,

engranajes de material polimérico, en vez de metálicos, o martillos con cabeza de este mismo tipo de material. Revestir con caucho, PVC,...

En engranajes y cojinetes es muy importante la precisión en su construcción.

Si el ruido de impacto es debido a desajustes de la máquina, lo mejor es un buen mantenimiento.



Flujos de gases: el ruido depende del caudal y de la velocidad del chorro (de la presión de la red). Evitar las turbulencias: boquillas de orificios múltiples, cambiar la

dirección del flujo.

Utilizar silenciadores, teniendo cuidado con la pérdida de carga que presentan.

Revestir tuberías.

Aire comprimido: utilizar la mínima presión de salida necesaria para limpiar o sacar la pieza.

Rozamiento y desajustes por desgaste en la máquina: Pulido y tipo de material.

Lubricantes.

Mantenimiento de la máquina.

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Índice



Control en el camino

Dos caminos de transmisión: vía estructural: transmisión de vibraciones.

vía aerodinámica: transmisión de ruido.

Posibles soluciones: Cambio de la ubicación de la máquina.

Inserción de una barrera o pantalla acústica.

Utilización de encerramientos o encapotamientos.

Acondicionamiento acústico: materiales absorbentes.

Silenciadores.

Aislamiento de las vibraciones.

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Camino: Barreras y pantallas acústicas.

Barrera: medio sólido interpuesto entre el foco emisor y el elemento receptor.


Camino: Barreras y pantallas acústicas.

Proporciona una atenuación sonora que depende de: dimensiones.

situación relativa receptor-emisor.

espectro sonoro del ruido.

material de construcción de la barrera.

características acústicas del lugar donde se instala.

Su utilización: sólo es válida en situaciones en las que predomina el campo

directo sobre el reverberante.

produce más atenuación a altas frecuencias (por difracción).

Parámetro que define su comportamiento: Coeficiente de pérdidas por inserción: IL L Lp antes p despues , ,

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Camino: Cerramientos o encapotamientos

Se aplican cuando el receptor está lo suficientemente alejado de la fuente como para que predomine el sonido reflejado.

Puede ser parcial o total.


Camino: Cerramientos o encapotamientos

El que sean más o menos efectivos depende, fundamentalmente, de su parte más débil, es decir, de los orificios que presente: de visión: control y supervisión de funcionamiento.

de acceso al interior: mantenimiento, inserción de piezas.

de ventilación.

Cuando el ruido es de bajas frecuencias, el tamaño de los orificios es crítico, ya que se pueden convertir en fuentes emisoras. Una vía de escape que represente tan sólo un 1% del área de superficie del cerramiento limita la atenuación disponible a 20dB.

Para que no se produzcan escapes: todas las juntas, uniones y entradas de conductos deben estar selladas.

las puertas de acceso deben tener juntas (cierre tipo frigorífico).

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Camino: Acondicionamiento acústico: materiales absorbentes

En recintos cerrados y con superficies reflectantes, la reverberación origina un aumento de los niveles de ruido. paredes: recubrimiento de

material absorbente, con paneles de fibra de vidrio sobre chapa perforada.

techos:

falsos techos de paneles rígidos montados sobre un perfil metálico: buen comportamiento a todas las frecuencias.

paneles verticales, formados por placas rígidas montadas sobre marcos metálicos y colgados de los perfiles metálicos: comportamiento peor a bajas frecuencias.


Camino: silenciadores

Tres tipos: reactivos: por reflexiones; bajas frecuencias.

disipativos: por absorción; altas frecuencias.

reactivo-disipativos: combinación.

Son elementos que se instalan en las conducciones de aire o de gases, para amortiguar el ruido producido por las turbulencias.

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Índice



Control en el receptor

Para disminuir el nivel que percibe el receptor. Cabina acústica: Recinto con ventanas que facilite una buena

visibilidad y especialmente aislado del exterior.Se utiliza cuando existe un número grande de focos de ruido que

producen un nivel elevado. Protectores personales EPI: Se utilizan para presencia de ruido

esporádica o no continuada. Sólo hay que recurrir a ellos si los otros procedimientos son inviables. Tapones de algodón, caucho, etc: se ajustan directamente al oído, sin

ningún dispositivo de fijación externo. Auriculares, orejeras o cascos: especie de ventosas rellenas de material

absorbente, con banda elástica de sujeción (arnés). Atenúan mejor las altas frecuencias que las bajas.

Protectores activos: incorporan un sistema eléctrónico que detecta el ruido en el exterior y genera un ruido en su interior que, por interferencia destructiva, cancela el ruido exterior.

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Índice



Aplicaciones al diseño de máquinas más silenciosas

Propagación vía aérea.

Fuente de ruido por impactos.

Propagación vía estructural.

Aislamiento de tabiques.

Ruido en conductos.

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Propagación vía aérea

El sonido a bajas frecuencias se comporta “prácticamente” como omnidireccional: no se ve afectado en exceso por bordes o orificios, ya que se crea una nueva fuente.

Por eso, las barreras no son un buen método para aislar ese ruido. Ejemplo: En un compresor diesel, se producen altos niveles de ruido a bajas

frecuencias, aunque se cree una buena cabina con silenciadores a la entrada y a la salida.



El sonido a altas frecuencias es muy direccional: se refleja con facilidad en las superficies, pasa por los orificios como un haz y no se difracta en los bordes.

Las barreras son un buen método para aislar ese ruido. Ejemplo: una máquina de remachar, se coloca en el interior de una cabina

para aislar al trabajador.

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Para producir la misma cantidad de “molestia”, el sonido a bajas frecuencias debe tener un nivel mayor que a altas.

A veces, si se tiene una fuente muy próxima, se intenta modificar su frecuencia de comportamiento hacia bajas frecuencias para crear menos molestia.

Ejemplo: hélice del barco gira a una f menor, mediante una caja de cambios.



El sonido a altas frecuencias se atenúa mucho más con la distancia debido a la absorción del aire.

Si se tiene una fuente alejada, se intenta modificar su frecuencia de comportamiento hacia altas frecuencias.

Ejemplo: al aumentar el número de aspas de los ventiladores, la frecuencia es mayor.

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Cuanto más cerca se monta una fuente de una superficie reflectante, mayor es el ruido que se genera en la sala.


Índice

Introducción.





Ruido en conductos.

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Fuente de ruido por impactos

La frecuencia dominante del ruido depende de la velocidad de cambio de la fuerza, de la presión o de la velocidad.

Cambio rápido pulso más corto frecuencias más altas.

Más deformación más tiempo de contacto frecuencia menor.



Cuando un evento se repite, se generan frecuencias que dependen del tiempo entre las repeticiones.

Si se repite lentamente T grande bajas frecuencias. Si se repite rápidamente T pequeño altas frecuencias. La amplitud es proporcional a la amplitud del cambio.

Ejemplo: 2 engranajes del mismo tamaño y a la misma velocidad de rotación, uno con el doble de dientes del otro. Fuente de ruido: contacto

entre dos dientes. El del doble de dientes

tendrá el doble de impactos por segundoel doble de frecuencia.

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Fuente de ruido por impactos Los cambios de fuerza, presión o velocidad generan ruido.

Mayor cambio mayor nivel de ruido.

Un cambio rápido en un tiempo corto es más ruidoso que un cambio gradual en más tiempo

Ejemplos: Es peor: clavos y remaches. Es mejor: tornillos y pernos,

que además permiten montar y desmontar con más facilidad.



Ejemplo: Es peor un martillo neumático que un sistema hidráulico.

Es peor una guillotina que una cuchilla que avanza progresivamente.

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En la caída de objetos, cuanto mayor es la masa y/o mayor es la altura, mayor es el ruido: 10 veces menor es 10 dB menos.

Ejemplo: Los productos fabricados van por una cinta transportadora hasta caer en caída libre al contenedor: mucho ruido, sobre todo al principio cuando el contenedor está vacío.

Solución: Se sugiere una caída progresiva mediante lengüetas de goma o un contenedor con la altura de fondo regulable.



La cinta transportadora está al borde de la tolva para impedir la caída libre y generar menos ruido.

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Índice

Introducción.





Ruido en conductos.


Propagación vía estructural

Las vibraciones en estructuras pesadas (edificios, hormigón, barcos…) viajan hasta muy lejos, ya que presentan poco amortiguamiento interno debido al material.

Si están conectadas a grandes superficies (placas), se generan niveles de ruido muy altos (altavoz).

Hay que aislar la estructura de la fuente de vibraciones lo más cerca a la fuente posible.

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Al conectar un sistema vibrante a una placa, el nivel de ruido es mayor debido a su gran eficiencia de radiación.



La maquinaria de los ascensores está colocada en una bancada independiente, con soportes antivibratorios para evitar la propagación vía estructural a través de todo el edificio.

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Tubería con fijaciones flexibles a la pared. El panel de instrumentación, al vibrar hace que el depósito de aceite

de la parte inferior emita mucho ruido. Solución: colocar el panel independiente del depósito.



Al golpear en una superficie ligera, se genera mucho más ruido que al golpear una pared pesada.

Los motores, las bombas, hay que montarlos sobre bancadas, fundaciones, muy pesadas y no flexibles.

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Si debes usar grandes paneles, es preferible que sean discontinuos o perforados, que presenta menor superficie y mayor cancelación de sobrepresión entre ambos lados.

Es preferible paneles alargados que paneles cuadrados. Ejemplo: la cubierta de protección de la correa es mejor que sea una

malla de alambre que una superficie lisa.



Es preferible varias correas estrechas sucesivas a una única correa de gran anchura.

Un carrito de transporte construido por un marco metálico con paneles sujetos al marco dejando rendija, o incluso paredes de malla de alambre.

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El nivel de vibración se reduce con el tiempo debido al amortiguamiento interno del material.

Los metales tiene poco amortiguamiento interno: se recubre con una lámina de material absorbente.



La presencia de resonancias aumentan el nivel de ruido.

Al añadir amortiguamiento, la amplitud disminuye y el ruido se atenúa.

Ejemplo: La sierra circular presenta una resonancia con poco amortiguamiento. Al añadir un disco de goma con un disco rígido, se aumenta la masa y el amortiguamiento, con lo que se evita la resonancia y disminuye la amplitud.

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La misma situación: Añadir paneles absorbentes

con imanes.

Colocar paneles amortiguadores mientras se remacha.



Los paneles grandes presentan frecuencias de resonancia bajas, difíciles de aislar.

Al rigidizar el panel, la resonancia se va a frecuencias mayores y se pueden utilizar materiales amortiguadores.

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Elección de los soportes antivibratorios: Máquina ligera + muelles

rígidos = fres alta.

Máquina pesada + muelles flexibles =fres baja

La zona de aislamiento se produce por encima de la resonancia del sistema

Cuidado si el amortiguamiento del soporte es pequeño.



Montaje de varios soportes elásticos: deben tener la misma rigidez o deflexión estática, para evitar cabeceos a altas frecuencias en los arranques-paradas.

Si la máquina no tiene el peso uniformemente distribuido: los soportes que estén cerca del cdg deben ser más rígidos que los alejados.

Otra posibilidad es montar soportes en la misma horizontal que el cdg.

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Al rigidizar el suelo, se aumenta su fres y se evita la resonancia.



Tuberías flexibles con sujeciones flexibles.

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Índice

Introducción.





Ruido en conductos.


Aislamiento de tabiques Cuando el sonido incide sobre el tabique, éste vibra y se produce radiación

al otro lado. Un panel presenta una frecuencias propias a flexión que dependen de su

geometría, de su rigidez y de su espesor. Si la onda sonora incidente tiene una f similar a la de estos modos, se

produce una resonancia: frecuencia de coincidencia. El panel no aisla. Este “foso” sólo desaparece si se tiene un

amortiguamiento grande.

Al aumentar el espesor mayor aumento de rigidez que de masa la frecuencia de coincidencia es más baja.

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Aislamiento de tabiques

Un parámetro importante en sus propiedades de aislamiento es la densidad superficial: masa/sup. Mayor aislamiento a altas frecuencias.

Mayor aislamiento a mayor espesor

El límite es la frecuencia de coincidencia: en ella, el tabique entra en resonancia y su aislamiento es peor.

densidad superficial × frecuencia



Cortinas de goma pesada: presentan un alto aislamiento por ser muy flexibles.

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Ejemplo: Se tiene una máquina con

un problema de ruido a 1 kHz.

Se tiene un biombo con paredes de conglomerado de 25 mm y ventanas de 6mm. Existe una f coincidencia.

Solución: montar 2 paredes de pladur, que es menos rígido.



Tienen el mismo aislamiento: Un muro de hormigón es más rígido que una pared de bloques macizos

de hormigón (15mm frente a 23mm para el mismo comportamiento) y mayor que una pared de bloques con huecos del mismo material (15mm frente a 28mm para el mismo comportamiento).

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Las particiones ligeras separadas por una cámara de aire dan un aislamiento que aumenta cuando la cámara aumenta.

Lo mejor es que las dos particiones no estén conectadas entre sí, sino montadas en marcos distintos. Si son necesarias uniones: lomejor es que sean pequeñas, elásticas y pocas.

Si se coloca material absorbente en la cámara, mejor.



Habitualmente, el material absorbente se monta con paneles metálicos perforados que lo protegen. Además, mejora su comportamiento acústico. Un 15% de perforación es suficiente para no perturbar el comportamiento del material.

Es mejor muchos agujeros pequeños que pocos grandes.

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Paneles delgados montados en marcos absorben bajas frecuencias pero en un rango estrecho.

Cuanto más amortiguador es el material del panel, mayor es dicho rango.

Las frecuencias son menores cuanto mayor es: superficie y longitud a la pared, y menor espesor.



Cuando hay ruido a altas frecuencias, la barrera es más eficaz cuanto más alta sea y más cerca de la fuente esté. Además, interesa colocar un techo absorbente.

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Índice

Introducción.





Ruido en conductos.


Ruido en conductos

El silenciador reactivo es efectivo para atenuar ruido a bajas frecuencias en un rango de frecuencia limitado: Su longitud determina la frecuencia atenuada.

El cambio de sección está relacionado con el nivel de atenuación.

También es válido el uso de las cámaras de expansión, sobretodo en presencia de pulsos de presión continuos.

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Ruido en conductos

Por ejemplo, en un martillo neumático hay componentes a bajas frecuencias, de la sucesión de pulsos, y a altas, debidas al chorro de gas que se emite en cada pulso.

Como solución, alrededor del cuerpo del martillo hay una cámara de expansión para reducir la emisión a bajas frecuencias.


Ruido en conductos

Cuando se tiene un ruido con un número discreto de tonos puros, es habitual crear “un ramal” (de longitud nº impar de /2) para que en él se creen interferencias destructivas que eliminen esas frecuencias.

Si el tono no es puro, se crean varios ramales, aunque su atenuación sea menor.

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Ruido en conductos

Resonancia de Hemholtz: al soplar aire sobre cavidades, se genera un tono puro. Su frecuencia depende de los

tamaños de la cavidad y del orificio.

Mayor volumen y menor diámetro supone menor frecuencia.

En el ejemplo: la solución es redondear el borde y rellenar la cavidad, cambiando la forma de fijar la cuchilla.


Ruido en conductos

En un ventilador, si el flujo que llega ya tiene turbulencia, la amplifica y el ruido es mayor.

Hay que colocar la hélice lejos de las fuentes de turbulencias (válvulas, codos, obstáculos, cambios de sección…)

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Ruido en conductos

Los cambios bruscos de sección (o de presión) en el fluido generan burbujas, turbulencias, ruido.

Los difusores son cambios de sección progresivos que minimizan el fenómeno.

Las válvulas con asientos pequeños generan un flujo de velocidad local alto a altas presiones.

Además, hay que intentar que el camino no sea tortuoso.

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