UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
ESTUDIO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA CÁMARA ANECOICA
PARA MEDICIÓN Y ESTABLECIMIENTO DE PARÁMETROS
DE RUIDO EN VEHÍCULOS DE HASTA 1600 CC.
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
CARLOS EDUARDO SUNTASIG TENELEMA
DIRECTOR: ING. MILTON REVELO
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 171161687-8
APELLIDO Y NOMBRES: Suntasig Tenelema Carlos Eduardo
DIRECCIÓN: Francisco Boloña y la Goya OE13-28
EMAIL: [email protected]
TELÉFONO FIJO: 022583-089
TELÉFONO MOVIL: 0983519726
DATOS DE LA OBRA
TITULO: ESTUDIO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA
CÁMARA ANECOICA PARA MEDICIÓN Y ESTABLECIMIENTO DE PARÁMETROS
DE RUIDO EN VEHÍCULOS DE HASTA 1600 CC.
AUTOR O AUTORES: Eduardo Suntasig
FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO
DE TITULACIÓN: Martes 26 de julio del 2016
DIRECTOR DEL PROYECTO DE
TITULACIÓN:
Ing. Milton Revelo
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO
TITULO POR EL QUE OPTA: Ingeniero Automotriz
RESUMEN: Mínimo 250 palabras Este proyecto de titulación se encargó principalmente en analizar todos aquellos elementos que tienen relación con la acústica, es decir la fundamentación básica para el estudio de los fenómenos acústicos que han permitido demostrar una descripción sobre la forma de propagación del sonido y su comportamiento en un sitio cerrado, en este caso se utilizó una cámara anecoica, en donde realizaron pruebas que permitieron hacer un análisis íntegro y toral. La
cual fue diseñado
PALABRAS CLAVES: Anecoica, insonorización, contaminación
acústica, decibeles, frecuencia, absorción, salud ocupacional, mediciones,
parámetros.
ABSTRACT: This titling project was primarily responsible
AGRADECIMIENTOS
Le agradezco a Dios por haberme acompañado y guiado a lo largo de mi carrera, por ser mi fortaleza en los momentos de debilidad y por brindarme una vida llena de aprendizajes, experiencias y sobre todo felicidad.
Le doy gracias a mis padres Segundo y María por apoyarme en todo momento, por los valores que me han inculcado, y por haberme dado la oportunidad de tener una excelente educación en el transcurso de mi vida.
Un agradecimiento especial al Ing. Milton Revelo Director de Tesis, por la colaboración, paciencia, apoyo que me brindo en la elaboración de mi tema de tesis.
DEDICATORIA
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA RESUMEN ... XI
ABSTRACT ... XIII
1. INTRODUCCIÓN ... 1
2. MARCOTEÓRICO ... 4
2.1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DE LA CÁMARA ANECOICA. ... 4
2.1.1. DEFINICIÓN DE LA CÁMARA ANECOICA. ... 4
2.1.2. TIPOS DE CÁMARAS ANECOICAS. ... 4
2.1.3. APLICACIONES DE LAS CÁMARAS ANECOICAS. ... 5
2.1.4. VENTAJAS DE LA CÁMARA ANECOICA. ... 5
2.2. INFLUENCIA AMBIENTAL ... 5
2.2.1. Viento ... 5
2.2.2. Humedad ... 6
2.2.3. Temperatura ... 6
2.2.4. Presión atmosférica ... 6
2.2.5. Campos magnéticos o electrostáticos ... 6
2.3. SONIDO ... 6
2.3.1. MAGNITUDES FÍSICAS DEL SONIDO ... 7
2.3.1.1. Frecuencia ... 7
2.3.1.2. Amplitud ... 8
2.3.1.3. Intensidad ... 8
2.3.2. NIVEL DE PRESIÓN SONORA ... 9
2.3.3. NIVEL SONORO PONDERADO ... 10
2.3.4. NIVEL DE POTENCIA SONORA ... 11
2.3.5. FRECUENCIA DE CORTE ... 12
2.3.6. CARACTERISTICAS DEL SONIDO ... 13
2.3.7. LONGITUD DE ONDA ... 14
2.3.8. VELOCIDAD DEL SONIDO ... 15
2.3.8.1. Variación de la velocidad del sonido con la temperatura 15 2.3.9. PROPAGACIÓN DEL SONIDO ... 17
2.3.10. IMPEDANCIA ACÚSTICA ... 18
2.4. RUIDO ACÚSTICO ... 19
2.4.1. TIPOS DE RUIDOS ACÚSTICOS ... 21
2.4.2. EN FUNCIÓN DEL TIEMPO... 21
2.4.2.1. Ruido continuo o constante ... 21
2.4.2.2. Ruido fluctuante. ... 22
2.4.2.3. Ruido impulsivo. ... 22
2.4.3. EN FUNCIÓN DE LA FRECUENCIA ... 23
2.4.3.1. Ruido blanco ... 23
2.4.3.2. Ruido rosa ... 24
2.4.3.3. Ruido marrón o tonal. ... 25
2.5. BANDA DE FRECUENCIAS AUDIBLES ... 25
2.6. RUIDO DEL MOTOR ... 27
2.6.1. RUIDO DE TRANSMISIÓN ... 29
2.6.2. RUIDO EN EL MÚLTIPLE DE ADMISIÓN ... 30
2.6.3. RUIDO EN EL MULTIPLE DE ESCAPE ... 31
2.6.4. RUIDO EN LA BANDA DE RODADURA DE LOS NEUMÁTICOS ... 32
2.6.5. RUIDO EN EL SISTEMA DE FRENADO ... 32
2.7. VIBRACIONES EN LOS VEHÍCULOS ... 33
2.7.1. CONTROL DE LA VIBRACIÓN EN AUTOMOCIÓN ... 34
2.8. INSTRUMENTOS PARA EL ANÁLISIS SONORO ... 35
2.8.1. SONÓMETRO ... 36
2.8.1.1. Sonómetro de clase 0 ... 36
2.8.1.2. Sonómetro de clase 1 ... 36
2.8.1.3. Sonómetro de clase 2 ... 36
2.8.1.4. Sonómetro de clase 3 ... 37
2.8.2. ANALIZADOR DE ESPECTRO ... 38
2.9. MEDICIONES Y NORMATIVAS ACÚSTICAS DE APLICACIÓN EN LA AUTOMOCIÓN ... 38
2.10. EFECTOS DEL RUIDO EN LOS SERES HUMANOS ... 40
2.10.1. EFECTOS ADVERSOS DEL RUIDO SOBRE LA SALUD………. ... 41
2.10.1.1. Efectos Auditivos ... 41
2.10.1.2. Efectos fisiológicos no auditivos ... 42
2.10.1.3. Efectos psicosociales ... 43
3. METODOLOGÍA ... 79
4. ANÁLISISDERESULTADOSYDISCUSIÓN ... 84
4.1. ANALISIS PREVIO AL DISEÑO ... 84
4.1.1. PROPIEDADES ACUSTICAS ... 85
4.1.1.1. Absorción Acústica ... 85
4.1.2. AISLAMIENTO ACUSTICO ... 86
4.1.3. TIPOS DE MATERIALES ACUSTICOS ... 87
4.1.3.1. Materiales Absorbentes ... 87
4.1.3.2. Formas de Absorción del Sonido ... 88
4.1.4. MATERIALES RESONANTES ... 89
4.1.4.1. Resonadores de Membrana ... 89
4.1.4.2. Resonador de membrana simple de cavidad Helmholtz 90 4.1.4.3. Resonador múltiple de cavidad Helmholtz ... 91
4.1.5. MATERIALES POROSOS ... 92
4.1.5.1. Materiales porosos-rígidos ... 92
4.1.5.2. Material poroso-elástico ... 92
4.1.6. TUBO DE KUNDT (TUBO DE IMPEDANCIA) ... 93
4.1.6.1. Construcción del tubo de Kundt ... 93
4.1.6.2. Proceso de construcción ... 94
4.1.7.1. Pérdidas Sonoras ... 95
4.1.7.2. Paneles de MDF de 15 mm ... 96
4.1.7.3. Poliestireno expandido de 50 mm ... 98
4.1.7.4. Polietileno Blanco ... 101
4.1.7.5. Cartón... 103
4.1.7.6. Fibra absorbente acústica de 3 mm ... 105
4.1.7.7. Espuma de polietileno reticulado ... 108
4.1.7.8. Espuma acústica ondulada ... 110
4.1.7.9. Análisis de los materiales de la cámara de resonancia 113 4.1.7.10. Análisis del nivel de presión sonora ... 114
4.1.7.11. Análisis del nivel potencia sonora ... 115
4.1.7.12. Análisis de la variación de velocidad del sonido respecto al tiempo ... 116
4.1.7.13. Análisis de la velocidad del sonido en función de la temperatura de RC ... 117
4.1.7.14. Análisis final de los materiales utilizados en el tubo de Kundt ... 118
4.1.7.15. Calculo de la frecuencia de corte ... 119
4.2. ACONDICIONAMIENTO ACUSTICO DE LA CAMARA ... 120
4.2.1. DISEÑO E IMPLEMENTACION DE LA CAMARA ANECOICA……… ... 120
4.2.1.1. Criterios de diseño ... 120
4.2.1.2. Características de la cámara anecoica ... 122
4.2.2. DIMENSIONES ... 122
4.2.3. AISLAMIENTO ... 124
4.2.4. REVESTIMIENTO INTERNO ... 125
4.2.4.1. Acondicionamiento acústico del techo. ... 125
4.2.4.2. Acondicionamiento acústico de las paredes. ... 125
4.2.4.3. Aislamiento en la ventilación ... 126
4.2.5. MATERIALES ... 126
4.2.5.1. Resina ... 126
4.3. CONSTRUCCIÓN ... 127
4.4. SONÓMETRO ... 133
4.5. PRUEBAS ... 133
4.5.1. PRUEBAS DE SONIDO ... 134
4.5.1.1. Ralentí ... 134
4.5.1.2. Marcha mínima ... 134
4.5.1.3. Aceleración constante ... 135
4.5.1.4. Máxima aceleración ... 136
4.5.1.5. Picos de aceleración ... 136
4.5.2. MEDICIONES EN LA CAMARA ANECOICA... 137
4.5.2.1. Mediciones en espacio cerrado cámara ... 137
4.5.2.2. Mediciones a espacio semi cerrado ... 139
4.5.2.3. Mediciones a espacio abierto ... 140
4.5.3. MEDICIONES FUERA DE LA CAMARA ANECOICA ... 141
4.5.3.1. Mediciones con sonómetro de exactitud en espacio semi cerrado ... 141
4.5.3.2. Mediciones sonómetro de exactitud espacio abierto .... 142
5. CONCLUSIONESYRECOMENDACIONES ... 144
5.1. CONCLUSIONES ... 144
5.2. RECOMENDACIONES ... 146
BIBLIOGRAFÍA ... 147
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Valores de ponderación ... 10
Tabla 2. Ecuaciones sobre velocidades de propagación ... 17
Tabla 3. Variación de la velocidad del sonido en distintos medios ... 18
Tabla 4. Impedancia de elementos más comunes ... 19
Tabla 5. Intensidad del sonido en diferentes fuentes ... 20
Tabla 6. Valores límites permisibles para ruido continuo ... 22
Tabla 7. Nivel de presión sonora vigente en Ecuador ... 40
Tabla 8. Coeficientes de Absorción Acústica en Función de la Frecuencia 86 Tabla 9. Materiales tubo de impedancia ... 93
Tabla 10. Análisis resultados MDF ... 97
Tabla 11. Análisis resultados Poliestireno amarillo ... 99
Tabla 12. Análisis resultados polietileno blanco ... 102
Tabla 13. Análisis de resultados del cartón ... 104
Tabla 14. Análisis resultados fibra absorbente ... 106
Tabla 15. Análisis de resultados polietileno reticulado ... 109
Tabla 16. Análisis de resultados espuma acústica ... 111
Tabla 17. Dimensiones de una cámara ... 124
Tabla 18. Datos generales del RC ... 138
Tabla 19. Mediciones prueba 1 ... 138
Tabla 20. Mediciones prueba 2 ... 139
Tabla 21. Mediciones prueba 3 ... 140
Tabla 22. Mediciones prueba 4 ... 142
Tabla 23. Datos vehículo Toyota Hilux ... 142
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Amplitud e Intensidad... 8
Figura 2. Variación entre intensidad sonora y potencia ... 11
Figura 3.Filtro de paso alto ... 12
Figura 4.Filtro de paso bajo... 12
Figura 5. Magnitudes físicas ... 13
Figura 6. Longitud de onda ... 14
Figura 7. Ruido continuo ... 21
Figura 8. Ruido fluctuante ... 22
Figura 9. Ruido impulsivo ... 23
Figura 10. Ruido blanco ... 24
Figura 11. Ruido rosa ... 24
Figura 12. Ruido tonal ... 25
Figura 13. Fases de un motor de 4 tiempos ... 28
Figura 14. Bulón sujeción pistón-cilindro ... 29
Figura 15. Múltiple de admisión ... 30
Figura 16. Múltiple de escape ... 31
Figura 17. Sonómetro ... 37
Figura 18. Analizador de espectro ... 38
Figura 23. Absorción Acústica de un Material ... 85
Figura 24. Clasificación de los materiales acústicos ... 87
Figura 25. Formas de Ondas de Aislamiento en diferentes elementos ... 88
Figura 26. Transformación de Ondas de Presión Sonora en Mecánicas .... 88
Figura 27. Transformación-Absorción de Energía de Presión Sonora en Térmica ... 89
Figura 28. Resonador de Membrana Simple ... 90
Figura 29. Resonador simple de cavidad Helmholtz ... 90
Figura 30. Resonador múltiple de cavidad Helmholtz ... 91
Figura 31. Comparación Materiales absorbentes resonadores VS resonadores Helmholtz ... 91
Figura 33. Segundo cuerpo ... 94
Figura 34. Tubo de impedancia ... 95
Figura 35. Probetas ... 95
Figura 36. Probeta de MDF ... 96
Figura 37. Gráfica curva MDF ... 98
Figura 38. Poliestireno ... 99
Figura 39. Gráfica curva poliestireno ... 100
Figura 40. Polietileno blanco ... 101
Figura 41. Grafica curva polietileno ... 103
Figura 42. Cartón ... 104
Figura 43. Grafica curva cartón ... 105
Figura 44. Fibra absorbente ... 106
Figura 45.Grafica curva fibra absorbente ... 107
Figura 46. Polietileno reticulado ... 108
Figura 47. Grafica curva polietileno reticulado ... 110
Figura 48. Espuma acústica ondulada ... 111
Figura 49. Grafica curva espuma acústica ... 112
Figura 50. Grafica conjunta materiales tubo de resonancia ... 113
Figura 51. Nivel de presión sonora de los diferentes materiales ... 114
Figura 52. Nivel de Potencia Sonora de los diferentes materiales ... 115
Figura 53. Variación de la velocidad son respecto al tiempo ... 116
Figura 54. Variación de temperatura ... 117
Figura 55. Rebote y conversión de la onda en cinética y calor ... 119
Figura 56. Resina. ... 127
Figura 57. Pegamento de contacto. ... 127
Figura 58. Dimensiones y vistas de la cámara. ... 128
Figura 59. Cortado de estructura. ... 129
Figura 60. Armado del cuerpo de caja. ... 129
Figura 61. Estructura de la cámara anecoica. ... 130
Figura 62. Estructura de la cámara. ... 130
Figura 63. Poli estireno expandido. ... 131
Figura 65. Fibra acústica. ... 132
Figura 66. Polietileno reticulado. ... 132
Figura 67. Espuma ondulada. ... 133
Figura 77. Pruebas de sonido ralentí ... 134
Figura 78. Pruebas de sonido marcha mínima ... 135
Figura 79. Pruebas de sonido aceleración constante ... 135
Figura 80. Pruebas de sonido máxima aceleración ... 136
Figura 81. Pruebas de sonido aceleraciones fuertes ... 137
Figura 82. Mediciones en cámara ... 139
Figura 83. Espacio semi cerrado ... 140
Figura 84. Mediciones en espacio abierto. ... 141
Figura 85. Mediciones con sonómetro de precisión. ... 142
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA ANEXO 1. LEY DE PRECENCIÓN Y CONTROL DE LA
CONTAMINACIÓN_AMBIENTAL………..151
ANEXO 2. CONTROL DE EMISIONES CONTAMINATES DE FUENTES MÓVILES TERRESTRES ... 154
ANEXO 3. NIVELES DE RUIDO PERMISIBLES ... 158
ANEXO 4. COEFICENTES DE ABSORCIÓN ACÚSTICA VARIOS MATERIALES ... 159
ANEXO 5. POLIESTIRENO ... 163
ANEXO 6. ESPUMA ACUSTICA ... 165
ANEXO 7. ESPECIFICACIONES LAMINAS DE POLIETILENO ... 167
RESUMEN
ABSTRACT
1. INTRODUCCIÓN
La contaminación ambiental y principalmente la acústica es un tema muy generalizado, pero lamentablemente las medidas que se pueden tomar para evitar este efecto no son muy alentadoras, debido a la falta de interés. Poco o casi nada se ha hecho para reducir los niveles de contaminación acústica, en una sociedad que se ha acostumbrado a vivir con este tipo de situación. Sin lugar a duda el ruido se ha convertido en un factor determinante cuando una persona está expuesta por mucho tiempo a este tipo de contaminación ambiental debido a que se genera una inseguridad tanto física como emocional.
El sonido cuando sobrepasa los niveles de intensidad que soporta el ser humano se convierte en un ruido muy desagradable, la degradación ambiental producida por el ruido, al igual que ocurre con otros factores contaminantes, incide de forma significativa y perceptible sobre la salud y el bienestar de la persona. En este sentido, el ruido puede llegar a romper ese equilibrio o armonía transformándose en un factor de estrés y provocando numerosas perturbaciones tanto en la salud como en el comportamiento del individuo.
lado el principal problema que hoy en día es muy perjudicial para la salud del ser humano.
El establecimiento de límites y parámetros para determinar el nivel de contaminación acústica que emite determinado automotor cuando entra en funcionamiento, ayudará favorablemente a la concientización sobre los niveles de ruido al cual se encuentran expuestos diariamente, y sus consecuencias que poco a poco van degradando el sistema auditivo de los seres humanos. La presente tesis tiene como finalidad la implementación de una cámara anecoica para medición y establecimiento de parámetros de ruido en vehículos a gasolina de hasta 1600 centímetros cúbicos de cilindrada comercial, con lo que se busca reducir los niveles de intensidad sonora que se generan en el automotor, para lo cual se utilizara una estructura de madera cuya característica principal es ser reflexiva y que a su vez estará revestida interiormente de materiales absorbentes encargados de transformar la energía sonora en calor. De esta se evita la entrada de otra tipo de ondas al interior de la cámara como tampoco podrán salir, obteniendo así una medición real sobre la presión sonora que se crea en el interior de la cámara al poner en funcionamiento el auto rc a escala con un motor de 1.2 centímetros cúbicos que alcanzan revoluciones de 10 000 a 18000 rpm. Con el presente proyecto de titulación se busca reducir los altos niveles de presión acústica que se generan en un automotor, determinando exactamente cuál es el punto específico en donde se produce el elevado índice de presión sonora. Como objetivos específicos de la presente investigación se tiene:
Conocer los diferentes métodos, formas de propagación y comportamiento del sonido en un medio abierto y cerrado.
Realizar pruebas de ruido en el interior de la cámara anecoica para determinar exactamente el nivel de presión sonora que genera el automotor cuando entra en funcionamiento.
2. MARCO TEÓRICO
2.1. FUNDAMENTACIÓN
TEÓRICA
DE
LA
CÁMARA
ANECOICA.
2.1.1. DEFINICIÓN DE LA CÁMARA ANECOICA.
En los lugares cerrados cuando una onda sonora incide sobre una superficie se da un efecto de reflexión, por esta razón la onda se aleja de la superficie; por otro lado, se produce un efecto de absorción, decir, que absorbe parte de la energía mecánica de la onda tras el impacto contra la superficie en cuestión. En una cámara anecoica esto no ocurre ya que es una sala especialmente diseñada para absorber el sonido que incide sobre sus paredes, suelo y techo, anulando los efectos de reflexión, eco y reverberación del sonido (Costa, 2014).
Por esta situación la cámara anecoica un recinto completamente cerrado que consistente en anular cualquier sonido externo que llegue a su interior, y por otro lado de manera interna es un espacio que se encarga de absorber la energía que incide sobre sus paredes. Están aisladas del exterior y constan de unas paredes cubiertas con cuñas construidas de materiales que absorben el sonido y aumentan la difusión del escaso sonido que no se absorbe. Entre estos materiales por lo general son de fibra o de espumas porosas.
2.1.2. TIPOS DE CÁMARAS ANECOICAS.
2.1.3. APLICACIONES DE LAS CÁMARAS ANECOICAS.
Su aplicación es variada y se la puede utilizar dentro de varias áreas, pero netamente dentro del campo automotriz sus aplicaciones son las siguientes: Determinar patrones de sonido en diferentes puntos del vehículo.
Detección de anomalías en distintos mecanismos del motor Pruebas de inmunidad de radiación.
2.1.4. VENTAJAS DE LA CÁMARA ANECOICA.
Al ser un espacio cerrado, que simula las condiciones de propagación en el espacio libre, no depende de las circunstancias climáticas.
Por estar recubiertas de materiales absorbentes, la señal de prueba no tendrá otras señales que vayan a atenuar la señal original.
2.2. INFLUENCIA AMBIENTAL
Dentro de los factores que se relacionan directamente con el sonido, y que de una u otra manera modifican dicha situación se encuentran.
2.2.1. Viento
2.2.2. Humedad
Es el agua que se halla presente en la superficie de un cuerpo o el vapor de agua existente en la atmosfera, esta humedad puede afectar a los micrófonos y sobre todo a los de tipo condensador, principalmente cuando la humedad relativa es alta.
2.2.3. Temperatura
Los equipos encargados de medir una intensidad de sonido como son los sonómetros, trabajan con una alta gama de temperaturas, sin embargo, hay que evitar los cambios bruscos de temperatura que pueden llegar a una condensación del micrófono.
2.2.4. Presión atmosférica
Es la presión que ejerce la atmósfera sobre la superficie de la Tierra, el micrófono puede verse afectado principalmente por los cambios ordinarios de la presión atmosférica, y principalmente si es a nivel del mar.
2.2.5. Campos magnéticos o electrostáticos
Sus efectos son insignificantes. sin embargo, cuando se encuentran cerca de máquinas o transformadores, EL micrófono debe ser protegido.
2.3. SONIDO
De esta manera se puede asumir que necesariamente para que se pueda propagar el sonido es imprescindible un medio elástico, y además debe existir la presencia de otros factores como son la velocidad que es el medio por el cual se ha decantado y es motivo de estudio y que depende directamente de la temperatura que exista en el medio ambiente.
De esta manera es necesario mencionar que la velocidad de propagación del sonido en el aire es de 343m⁄s a una temperatura de 20 ℃, con una humedad del 50% a nivel del mar, es necesario tener en cuenta que este dato puede variar en función de la temperatura y la humedad del aire.
2.3.1. MAGNITUDES FÍSICAS DEL SONIDO
El sonido se produce cuando se encuentra inmerso o forma parte algún elemento encargado de generar una onda a partir de una determinada fuerza capaz de provocar una vibración; el sonido puede representarse como una suma de curvas sinusoides con un factor de amplitud, en donde se pueden caracterizar por las mismas magnitudes y unidades de medida que a cualquier onda de frecuencia (García, 2004). Entre las magnitudes físicas que se utilizan para determinar las características del sonido se citaron las siguientes:
2.3.1.1. Frecuencia
designados como los de alta frecuencia, que vienen a ser los agudos, que oscilan más veces por segundo.
2.3.1.2. Amplitud
Es el valor máximo de un movimiento o señal. Se trata de la distancia que hay desde el punto de equilibrio (cero), hasta uno de los extremos del movimiento, puede ser el punto positivo o el negativo. Depende de la cantidad de energía que transporta la onda en una unidad de tiempo. Es la cantidad de presión sonora que ejerce una vibración que se halle inmersa en un medio elástico (Goldemberg, 2012). Dado que las variaciones de presión audibles se encuentran en una gama muy amplia, variando entre
20 μNw
m2 y 108 Nw
m2, se adoptó para su medición una unidad logarítmica
llamada decibelio (dB) Como se puede observar en la figura 1.
Figura 1. Amplitud e Intensidad
(Goldemberg, 2012)
2.3.1.3. Intensidad
2.3.2. NIVEL DE PRESIÓN SONORA
Es la diferencia entre la presión instantánea debido al sonido y la presión atmosférica estática, presión del aire ambiental en ausencia de sonido, cuyo valor es de 101.325 Pa. Es necesario destacar que para medir la intensidad sonora la magnitud que se utiliza es el decibelio (dB).
Para calcular el nivel de presión sonora de una determinada onda se utiliza la ecuación 1:
𝑆𝑃𝐿(𝑑𝐵) = 20 LOG 𝑃
𝑃𝑟𝑒𝑓 [1]
Donde:
P: Presión sonora en 𝑁 𝑚2
⁄ o pascal
Pref: Presión de referencia 2 x 10−5 𝑁⁄𝑚2 o pascal
El nivel de presión sonora en cualquier punto interior de un recinto cerrado, será pues el resultado de las contribuciones de los campos directo y reverberante. se expresa mediante la ecuación 2:
𝐿
𝑤= 𝐿
𝑝− 10 Log (
𝑄4𝜋𝑟2
+
4𝑘
)
[2]
Donde:
LW: nivel de potencia sonora de la fuente, en dB.
LP: nivel de presión sonora en el punto considerado, en dB. Q: factor de directividad de la fuente.
R: distancia entre la fuente sonora y el punto, en m. K: constante del local, en 𝑚2.
2.3.3. NIVEL SONORO PONDERADO
La percepción del sonido mediante el oído humano es un fenómeno complejo, que depende de la frecuencia y del nivel de presión sonora de la onda; cuando se desea valorar los riesgos derivados de la exposición al ruido por parte de las personas, se debe conseguir que la medida del ruido sea, de algún modo, el reflejo de la forma en que la persona percibe el ruido (Gonzáles, 2012).
Por esta razón se dio lugar a la obtención de 4 escalas de ponderación denominadas A, B, C, D, que quedan especificadas en la Norma S1.4 de ASA, y han quedado internacionalmente aceptadas a través de la ISO. La escala A está pensada como atenuación al oído cuando soporta niveles de presión sonora bajos (<55dB) a las distintas frecuencias. La escala B representa la atenuación para niveles intermedios (55-85 dB) y la C para altos (>85 dB). La D está pensada para muy altos niveles de presión sonora. Estas escalas se encuentran introducidas en los aparatos de medida denominados sonómetros para corregir sus lecturas adaptándolas a la respuesta del oído. En la tabla 1 se observan los valores reales que se aplican para normar las escalas.
Tabla 1. Valores de ponderación
FRECUENCIA S
VALORES PRÁCTICOS DE LA RESPUESTA
RELATIVA VALOR TEÒRICO ESCALA A A
< 55 DB
B 55 – 85 DB
C > 85 DB
31.56 -39 -17 -3 -39.4
63 -26 -9 -1 -26.2
125 -16 -4 0 -16.2
250 -9 -1 0 -8.7
500 -3 0 0 -3.3
1000 0 0 0 0
2000 +1 0 0 +1.2
4000 +1 -1 -1 +1
8000 -1 -3 -3 -1.1
2.3.4. NIVEL DE POTENCIA SONORA
Es la cantidad de energía emanada por una fuente determinada en forma de ondas por unidad de tiempo. La potencia sonora es un vector, dirigiéndose la radiación hacia las 3 direcciones espaciales (x, y, z) y viene expresada en vatios (1W = 1 J/s = 1 Nm/s)
Se estima que al hablar en tono normal se crea una potencia de 0.00001 W (10-5 W), además si se multiplica por tres veces este valor se llega a crear un grito. La potencia es la energía dividida por el tiempo (energía en unidad de tiempo). Generalmente expresada en Vatios ( Watts ). 1 W = 1 Julio/s. = 0.10197 Kg/s. En la figura 2 se observa la variación entre el nivel sonoro y la potencia.
Figura 2. Variación entre intensidad sonora y potencia
(UPS, 2014)
Es necesario no confundirse entre la presión sonora y el nivel de potencia sonora, debido a que el primero se relaciona con las presiones en pascal, mientras tanto que en el segundo se relaciona con las potencias en vatios, la referencia para las mediciones es 10−12 vatios. En este caso la ecuación 3
que se utiliza para el cálculo de la potencia sonora es:
NWS = 10 LOG W
10−12 [dB] [3]
W: Potencia acústica en vatios
Debido a que la expresión 10−12 vatios corresponde a un nivel de 120 db se obtiene la siguiente ecuación 4 que permite calcular la potencia sonora.
NWS = 10 log W + 120 [dB] [4]
2.3.5. FRECUENCIA DE CORTE
La frecuencia de corte se define como la medida en hercios en la cual la etapa de filtrado empieza a recortar todas las frecuencias de acuerdo al tipo de filtrado que se trate; este parámetro define filtros de paso alto los cuales atenúan todo tipo de frecuencias inferiores a un determinado parámetro lo que se puede observar en la figura 3.
Figura 3.Filtro de paso alto
Mientras que los filtros de paso bajo atenúan valores de frecuencia superiores a un parámetro previamente establecido que se muestra en la figura 4.
La ecuación 5 permite calcular la frecuencia de corte para el caso puntual de análisis, en este caso una cámara anecoica para el análisis de un MCIA. El cálculo que se realiza a continuación define el parámetro de frecuencia bajo el cual va a trabajar la cámara diseñada en la presente tesis.
𝑓 = 𝑐
𝑑 [5]
DONDE:
F: Frecuencia de corte en hercios [Hz]
C: Velocidad del sonido considerando factores ambientales como:
Temperatura ambiente de 20°c
D: Ancho total del volumen de aire metros [m]
2.3.6.
CARACTERISTICAS DEL SONIDO2.3.6.1. Período
Es el tiempo en que se demora un determinado punto para efectuar una oscilación completa cuando se produzca el paso de una onda (Ibañez, 2012). La magnitud citada se puede observar en la ver en la figura 5.
Figura 5. Magnitudes físicas
(García, 2004)
𝑇 =
1𝑓
[6]
Donde:
𝑓 ∶ Frecuencia. 𝑇 ∶ Período.
De esta manera en este ejemplo, si se desea determinar el período de vibración cuando se tuviere una frecuencia aproximada a 0,10 Hz, y aplicando la ecuación [6] se determina:
𝑓 = 1 𝑇
0,10 = 1 𝑇
Al calcular se obtiene:
𝑇 ∗ 0,10 = 1
𝑇 = 1
0,10 = 10 s
2.3.7. LONGITUD DE ONDA
Es la distancia real en la que recorre una onda o perturbación dentro de un determinado transcurso de tiempo que delimitan favorablemente una
longitud de onda, es decir que representa la distancia real recorrida por una
onda que no siempre coincide con la distancia del medio o de las partículas
en que se propaga la onda. La distancia entre pico y pico de presión es constante y se la denomina longitud de onda. Como se puede apreciar en la figura 6.
A esta unidad se la representa por la letra griega lambda λ, en donde sus mediciones se lo hacen en metros y se calcula mediante la ecuación 7:
λ =
cf
[7]
Donde:
λ ∶ Longitud de onda
c ∶ Velocidad de propagación f ∶ Frecuencia
Con lo anteriormente expuesto es necesario tomar en cuenta que las frecuencias altas están designadas por una menor longitud de onda, mientras que las frecuencias bajas llegan a alcanzar una mayor longitud de onda (Ibañez, 2012).
De esta manera se tienen dos parámetros completamente delimitados para lograr determinar fácilmente el grado de frecuencia en función de la onda generada.
2.3.8. VELOCIDAD DEL SONIDO
Es velocidad a la que viajan las ondas sonoras en un medio elástico, que dependen de las condiciones ambientales y principalmente del medio donde se propague. La velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en lo líquidos y en los líquidos es mayor que en los gases.
2.3.8.1. Variación de la velocidad del sonido con la temperatura
𝑣 = √𝛾𝜌0 𝜌0
Donde:
𝑣: Volumen
𝛾: coeficiente de dilatación adiabática 1.4 para el aire. 𝜌0: Densidad
de la ecuación de un gas ideal 𝑝𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 o bien,
𝑝𝑉 = 𝑚
𝑀 𝑅𝑇 𝑝 = 𝑚 𝑀
Donde:
𝑝: presión del gas en pascales 𝑉: Volumen
m: Masa molar del gas. m: Masa en kilogramos
R: Constante universal de los gases. 8.314 J/mol·K = 8.314 kg·𝑚2/mol·K·𝑠2
T: Temperatura.
La ecuación de la velocidad del sonido se expresa en función de la temperatura t del gas en grados centígrados.
𝑉
𝑠= √
𝛾𝑅𝑇𝑀
=
√
𝛾𝑅𝑇𝑀
(
𝑇
0+ 1) ≈
√
𝛾𝑅𝑡0𝑀
+
1 2√
𝛾𝑅 𝑀𝑇0
𝑡
Para obtener una expresión aproximada, se han tomado los dos primeros términos del desarrollo de (1 + 𝑡
𝑇0) 1
2 ⁄
por el binomio de newton Sabiendo que:
𝑇0 = 213𝐾 𝛾 = 1.4 𝑅 = 8.314 𝐽
𝐾.𝑚𝑜𝑙 y 𝑀 = 28.95 ∙ 10 −3 𝑘𝑔
Por lo cual se tiene que la fórmula para el cálculo de la velocidad del sonido en el aire dependiendo de la temperatura del medio ambiente está dada por la ecuación 8:
𝑣𝑠 ≈ 331.4 + 0.61 ∙ 𝑡 [8]
se tiene 𝑉𝑠 ≈ 331.4𝑚
𝑠 es la velocidad del sonido en el aire a 0ºc.
Cuando se realizan mediciones con temperaturas cercanas al ambiente, la la velocidad del sonido en el aire varía aproximadamente de forma lineal con la temperatura.
En la tabla 2 se observa las ecuaciones que permiten calcular la velocidad del sonido en diferentes estados.
Tabla 2. Ecuaciones sobre velocidades de propagación
VELOCIDAD EN LOS SÓLIDOS
VELOCIDAD EN LOS SÓLIDOS VELOCIDAD EN GASES 𝐶𝑔 = √ 𝐸 𝑑 𝐶𝑔 = √ 𝑄 𝑑 𝐶𝑔= √ 𝛾∗𝑃0 𝜌 𝐶𝑔= √ 𝛾∗𝑅∗𝑇 𝑀
E= módulo de Young o elasticidad de volumen. Unidad: [N/𝑚2]= [ Pa] d = densidad del sólido
Q= módulo de
compresibilidad del líquido. Unidad: [N/𝑚2]= [ Pa] d = densidad del líquido
γ = coeficiente adiabático
Po= presión del gas
ρ = densidad del gas
R = constante universal de los gases.
T= temperatura absoluta. M= masa molar del gas
(UPS, 2014)
2.3.9. PROPAGACIÓN DEL SONIDO
principalmente en el mundo de la automoción, este medio de transmisión es el aire, además, la propia estructura del vehículo, se convierte en un elemento difusivo de ruido. Cuando se tiene una estructura que genera una vibración que está ligada directamente a una frecuencia, el producto de dicha relación es la generación de un sonido. (Bandini, 2012)
En la tabla 3 se toman en cuenta los valores de algunas velocidades del sonido en diferentes medios, se puede apreciar que la velocidad de propagación del sonido es mucho mayor en las estructuras sólidas que en el aire, de modo que en un recinto la energía sonora transmitida por una estructura sólida puede llegar al oyente o a un micrófono, antes que por la trayectoria directa a través del aire, produciendo un pre-eco que, aunque débil, puede resultar molesto (Hewitt, 2012).
Tabla 3. Variación de la velocidad del sonido en distintos medios
Medio Velocidad (m/s) Velocidad Relativa al
aire seco a 0 ℃
Vacío No se propaga ……….
Caucho 54 0,16
Aire seco a 0 ℃ 331 1
Aire seco a 20 ℃ 340 1,03
Aire seco a 100 ℃ 390 1,18
Corcho 500 1,51
Agua 1483 4,48
Cobre 3500 10,57
Madera 3850 11,63
Acero 5060 15,29
(Hewitt, 2012).
2.3.10. IMPEDANCIA ACÚSTICA
impedancia acústica de un medio es el producto de la densidad (g/cm3) por la velocidad de propagación del sonido (Webnode, 2014).
De manera matemática se la define como la presión Sonora P, dividida por la velocidad v, de una onda acústica como lo muestra la ecuación 9. Representa la resistencia de una superficie al paso de una onda acústica.
𝑍 =
𝑃𝑉 [9]
Donde:
Z: Impedancia acústica. P: Presión Sonora V: Velocidad
En la tabla 4 se observa el valor de la impedancia de algunos materiales que son utilizados muy a menudo.
Tabla 4. Impedancia de elementos más comunes
MATERIAL VELOCIDAD (M/S) IMPEDANCIA (rayls)
Aire a 0º C 331 427
Aire a 20º C 340 414
Agua 1493 144*104
Madera 3900 140*105
Cemento 4000 162*105
Acero 5100 390*105
(UPS, 2014)
2.4. RUIDO ACÚSTICO
Es necesario tomar en cuenta que el ruido es un sonido del cual se emiten una serie de efectos que son fastidiosos y desagradables para todas aquellas personas que se encuentra en exposición, de otra manera estas ondas acústicas se transmiten a través de sustancias sólidas, líquidas o gaseosas (Manceras, 2014). Los niveles de contaminación ambiental se encuentran en el anexo 1.
En la tabla 5 se presentan los diferentes niveles de intensidad en decibelio dB, que son producidas por diferentes fuentes de sonido comunes.
Tabla 5. Intensidad del sonido en diferentes fuentes
FUENTES DESONIDO DECIBELES
Umbral de audición 0 Susurro, respiración normal, pisadas suaves 10 Rumor de las hojas en el campo al aire libre. 20 Murmullo, oleaje suave en la costa. 30 Biblioteca, habitación en silencio. 40 Tráfico ligero, conversación normal. 50 Oficina grande en horario de trabajo. 60 Conversación en voz muy alta, gritería, tráfico intenso de ciudad. 70 Timbre, camión pesado moviéndose. 80 Aspiradora funcionando, maquinaria de una fábrica trabajando. 90 Banda de música rock. 100 Pito de un auto, explosión de petardos o cohetes empleados en
pirotecnia. 110 Umbral del dolor. 120 Martillo neumático (de aire). 130 Avión de reacción durante el despegue. 140 Motor de un cohete espacial durante el despegue. 150
2.4.1. TIPOS DE RUIDOS ACÚSTICOS
Para determinar una clasificación adecuada sobre el ruido acústico es necesario que se lo trate en función de dos parámetros perfectamente definidos, como son: su frecuencia y su tiempo.
2.4.2. EN FUNCIÓN DEL TIEMPO
Con respecto al parámetro del tiempo el ruido acústico se lo clasifica de la siguiente manera.
2.4.2.1. Ruido continuo o constante
Es aquel cuya intensidad se mantiene constante durante todo el tiempo, cuando se presenta este tipo de ruido, el nivel de presión sonora y respuesta de frecuencia permanecen constantes a lo largo del tiempo (Acustinet, 2014), dichas oscilaciones deben ser menores a 5 decibeles durante su observación.
En la figura 7 se aprecia el ruido producido por una motosierra.
Figura 7. Ruido continuo
(7notasestudio, 2014)
Tabla 6. Valores límites permisibles para ruido continuo
EXPOSICIÓN DIARIA (hrs)
NPS PERMITIDO EN dB (A)
8 85
6 87
4 90
3 92
2 95
1 100
1/2 105
1/4 110
1/8 115
(Municipio de Quito, 2015)
2.4.2.2. Ruido fluctuante.
Momento en el cual el nivel de presión sonora y respuesta de frecuencia varia o fluctúa a lo largo del tiempo, de esta manera dichas oscilaciones pueden ser periódicas o aleatorias. En la figura 8 se observa los dos tipos de ruidos.
Figura 8. Ruido fluctuante
(Satirnet, 2015)
2.4.2.3. Ruido impulsivo.
nivel de presión acústica se manifiesta por impulsos, es decir que se caracteriza porque tiene un ascenso brusco del ruido y una duración total del impulso muy corta en relación al tiempo que transcurre entre cada impulso. En la figura 9 se observa los picos que alcanza en su ascenso.
Figura 9. Ruido impulsivo
(Satirnet, 2015)
2.4.3. EN FUNCIÓN DE LA FRECUENCIA
Con respecto al parámetro de la frecuencia el ruido acústico se lo clasifica de la siguiente manera.
2.4.3.1. Ruido blanco
El ruido blanco es una especie de ruido estático que se lo crea mediante la
combinación de las diferentes frecuencias de sonido juntas, haciendo un
ruido similar al que se oye de un ventilador. Muchas personas encuentran
Figura 10. Ruido blanco
( Datateca, 2015)
2.4.3.2. Ruido rosa
El nombre rosa obedece a una relación de semejanza con la luz blanca que es una mezcla de todos los colores que, después de ser coloreada de forma que se atenúen las frecuencias más altas, los azules y violetas, resulta un predominio de las frecuencias bajas es decir los colores rojos.
En este tipo de ruido la respuesta ante el espectro de frecuencias no es plana, su contenido de energía por frecuencia decae en 3 dB por octava. Se utiliza mucho como señal de prueba en mediciones acústicas. En la figura 11 se grafica la manera en que se presenta un ruido de ese tipo
Figura 11. Ruido rosa
2.4.3.3. Ruido marrón o tonal.
Es conocido también como ruido rojo, o ruido browniano en honor a Robert Brown, en términos sencillos, este tipo de ruido tiene mucho más contenido de baja frecuencia. Sus sonidos son parecidos a los truenos y a las cascadas de agua. (Gonzáles, 2012)
Este tipo de ruido no es muy común encontrarlo en el medio, pero existe, consta de ondas graves y medias, tiene más energía en frecuencias más bajas, presenta un marcado componente tonal que puede llegar a ser molestoso para el receptor. En la figura 12 so observa la representación gráfica de un ruido tonal.
Figura 12. Ruido tonal
( Datateca, 2015)
2.5. BANDA DE FRECUENCIAS AUDIBLES
Toda la variedad de gamas de frecuencias que pueden ser percibidas por el oído humano, se lo determina como espectro audible. Toda persona es sensible a las frecuencias comprendidas entre los 20 Hz y los 20 KHz, pero este margen puede variar según sea el caso de cada persona.
Fuera del espectro audible estarían los ultrasonidos que son ondas acústicas de frecuencias superiores a los 20 KHz (Feyman R. , 2012).
El espectro audible ha sido subdividido en función de los tonos:
Tonos graves (frecuencias bajas, correspondientes a las 4 primeras octavas, esto es, desde los 16 Hz a los 256 Hz).
Tonos medios (frecuencias medias, correspondientes a las octavas quinta, sexta y séptima, esto es, de 256 Hz a 2 kHz).
Tonos agudos (frecuencias altas, correspondientes a las tres últimas
octavas, esto es, de 2 kHz hasta poco más 16 kHz).
El valor máximo de las frecuencias de cada octava es el doble al del anterior. La primera y segunda octava (los tonos más graves, 16 – 64 Hz). No todas las personas son capaces de percibirlos, depende de la sensibilidad del oído de cada persona.
La tercera y cuarta octava (tonos graves medios, 64 – 250 Hz).
La Quinta, Sexta y Séptima octava (tonos medios, 250 Hz – 2.000 Hz). Contienen el tono fundamental y los primeros armónicos de la mayoría de las fuentes sonoras.
La octava (tonos agudos, 2.000 Hz – 4.000 Hz). Comprende el margen en que el oído humano tiene mayor sensibilidad. La novena y décima octava (tonos agudos de frecuencia alta, 4.000 a 16.000 Hz).
La undécima octava (los tonos más agudos del espectro audible, por encima de los 16.000 Hz). No todas las personas son capaces de percibirlos, depende de la sensibilidad del oído de cada persona.
2.6 FUENTES DE RUIDO EN VEHÍCULOS
Los niveles de confort que ofrece un vehículo tienen que estar relacionados directamente con los niveles de vibraciones y ruidos que se producen en el interior del habitáculo. Las fuentes de emisiones contaminates se encuentran en el anexo 2.
potencia acústica, para cada pieza del vehículo, y se deben tener en cuenta las posibles fugas acústicas que se producen dentro de la carrocería.
Actualmente en la mentalidad de los constructores de autos se decanta por la construcción de vehículos son cada vez más potentes, rápidos y ligeros que logren alcanzar velocidades de 100 km en menos de 3 segundos; lo que conlleva una disminución de los niveles de ruido y vibraciones que generan en su interior.
No existen requerimientos legales para la evaluación del ruido en el interior de los vehículos, no existe una normativa que te diga o te limite sobre el número de dBs que se pueden producir en el interior del habitáculo, por esta razón, las principales marcas que fabrican automotores optaron por trabajar de manera independiente en obtener un nivel subjetivo sobre la cantidad de ruido que se puede producir en el interior del vehículo (Feyman R. , 2012).
2.6. RUIDO DEL MOTOR
Generalmente el mismo motor del automóvil se encarga de producir ruido debido al proceso de combustión que se origina en su interior para que pueda funcionar normalmente, dentro de esta máquina se originan una variedad de fuerzas mecánicas que se encargan de transformar la energía calorífica en energía cinética. Las fuerzas que intervienen en el motor son: Combustión
Reciprocas Rotacionales
elementos a una gran velocidad, generando un ruido en todo el motor por la fricción entre elementos movibles del motor.
Generalmente la sumatoria de todas las fuerzas que se hallan combinadas con la inercia del movimiento, el desbalanceo de las piezas, provocan que la estructura del motor vibre y por esta razón el motor se convierte en una fuente de ruido (Armendáriz, 2013). Esta situación se puede observar en la figura 13.
Figura 13. Fases de un motor de 4 tiempos
(Catedu, 2012)
Por lo tanto para controlar el ruido que se origina en el interior del motor, debido al sinnúmero de elementos que deben ponerse en funcionamiento cuando el motor empieza a trabajar, es necesario que todas las partes constituyentes deben estar perfectamente sincronizadas para que el valor de las variaciones de presión del cilindro, es decir el ruido que genera la combustión, sumado la configuración del motor en el cual tienen que estar relacionados los efectos dinámicos, para lograr un balanceo adecuado y reducir al máximo las vibraciones producidas en la fase de explosión se encuentren perfectamente equilibrados (Perez, 2012).
combustible más sofisticados. Por otro lado el ruido mecánico al que está sometido en el final de carrera, el pistón, se puede reducir mediante la selección cuidadosa del tipo de material con el cual se va a construir el bulón y minimizando la masa del pistón (Reyes, 2012). En la figura 14 se muestra los elementos movibles del pistón.
Figura 14. Bulón sujeción pistón-cilindro
(Toyota, 2012)
2.6.1. RUIDO DE TRANSMISIÓN
Normalmente la transportación de la energía cinética generada en el motor hacia las ruedas del vehículo se lo debe hacer valiéndose de varios sistemas mecánicos como son:
El embrague Caja de cambios. Eje cardán. Diferencial.
Estos mecanismos de transmisión al entrar en funcionamiento se consideran puntos o fuentes de ruido que aumenta según la variación de la velocidad, el incremento del ruido que se desprende en estos sistemas es aproximadamente entre 6 y 8 dB cada vez que se dobla la velocidad. Si se aplica el doble de potencia mecánica, el incremento de ruido esta entre 2.5 y 4 dB (Hand, 2012)
vibraciones es completamente teórico, pero en la práctica esto no ocurre, debido al sinnúmero de errores generados en el diseño de los sistemas mecánicos, principalmente en las cajas de cambios mecánicas debido a que están compuestas por una serie de piñones y engranajes, donde los dientes tanto en el perfil como en la distancia entre ellos, y en algunos casos incluso excentricidades del eje provocan vibraciones no deseadas.
2.6.2. RUIDO EN EL MÚLTIPLE DE ADMISIÓN
El ruido que se genera al iniciar el tiempo de admisión en la carrera descendente ascendente del pistón se origina por cortes periódicos en el flujo de aire a través de las propias válvulas de admisión, dependiendo si son dos o una acorde con la constitución del motor , esto da como resultado la creación pulsos de presión a lo largo de los tubos de admisión, por esta situación los pulsos de presión se convierten en ruido y se transmiten a través del filtro de aire y el resto de conductos de admisión hacia el exterior. En la figura 15 se puede observar un múltiple de admisión que se encuentra desmontado.
Figura 15. Múltiple de admisión
(Rpmclub, 2014)
de potencia, dependiendo de las circunstancias y factores externos, logrando incrementarse entre 10 y 15 dB desde un estado de reposo es decir cuando el motor se encuentra en vacío o ralentí o cuando está en máxima carga/aceleración (Toyota, 2012).
2.6.3. RUIDO EN EL MULTIPLE DE ESCAPE
El ruido de escape es producido por la liberación periódica y repentina de los gases generados en el tiempo de explosión de la mezcla aire combustible en el interior de la cámara de combustión, son evacuados por medio de las propias válvulas de escape en sus movimientos de apertura y cierre, que son dirigidos al exterior mediante los tubos de escape que se encuentran a lo largo de todo el vehículo para reducir el choque del gas caliente con el medio ambiente. En la figura 16 se gráfica.
Figura 16. Múltiple de escape
(Toyota, 2012)
2.6.4. RUIDO EN LA BANDA DE RODADURA DE LOS NEUMÁTICOS
Los estudios realizados sobre el ruido producido por los neumáticos al entrar en contacto con los diferentes tipos de superficies que se encuentran presentes en las vías o carreteras, arrojaron como resultado la existencia de dos momentos en los que se puede descomponer al ruido:
El provocado por el patrón del neumático.
El generado por la superficie de la carretera al entrar en contacto el conjunto neumático suspensión (Dunlod, 2012).
La generación de ruido en el neumático se debe a un principio muy básico que sucede cuando existe una liberación de energía, esta situación suele darse cuando hay un desprendimiento de un pequeño bloque de banda de rodadura, es decir se libera desde el borde posterior de la huella del neumático y vuelve a ocupar su posición no deformada.
Por características de construcción, cuando se tiene un neumático en la que su banda de rodadura es completamente uniforme, se observó que se genera un ruido tonal, es decir en una sola frecuencia, pero cuando la rueda gira a una velocidad constante y para dar solución a este problema y en base a una serie de pruebas experimentales los diseñadores de neumáticos se decantaron por fabricar diferentes patrones para distribuir la energía acústica en una amplia banda de frecuencias.
2.6.5. RUIDO EN EL SISTEMA DE FRENADO
Durante muchos años y pesar de los estudios realizados como también las pruebas tanto teóricas y experimentales, el mecanismo donde se produce un elevado índice de generación de ruido es el sistema de freno, que tiene como componentes fundamentales discos y tambores.
Es necesario tomar en cuenta que el problema surge desde el mismo funcionamiento del sistema de frenado, es decir, que las zapatas o las pastillas se mantienen siempre en contacto con los discos de freno o tambores y que mediante una carga hidráulica es decir la presión que ejerce el pie sobre el pedal de freno, provoca el acercamiento del material al disco o tambor y se inicie la fricción entre los materiales (Toyota, 2012). Los niveles de ruidos permisibles se encuentran en el anexo 3.
2.7. VIBRACIONES EN LOS VEHÍCULOS
Las vibraciones más comunes que tienen que absorber y amortiguar los vehículos son las generadas por:
Superficie de la carretera. Caminos sinuosos.
Suspensiones.
Movimiento alternativo generado en los motores. Explosiones y fluctuaciones de gas en el cigüeñal. Errores de fabricación en engranajes.
Movimiento en ejes de transmisión.
Inercia provocada por los movimientos de las válvulas, etc.
Las fuentes de vibración están definidas por dos características principales como son el tiempo y la frecuencia (Echeverria, 2012).
En la ingeniería automotriz, el automóvil es un elemento sujeto a la generación y absorción de vibraciones, todas fuentes de vibración en el automóvil producen incomodidades y perturbaciones continuas para el conductor, pero en otros sistemas mecánicos dónde son más habituales los golpes y los ruidos transitorios de corta duración; los ruidos son más llevaderos.
Por esta razón es necesario hacer una clasificación en cuanto a las perturbaciones originadas:
Perturbaciones aleatorias. - Tienen su origen en la transmisión, a través de todos los mecanismos que transmiten el movimiento del motor a las ruedas.
Cuando se ha tratado con las perturbaciones aleatorias, se debe tener en cuenta que es muy difícil predecir el nivel exacto de la perturbación en cualquier momento dado, y por lo tanto no es posible expresar estas alteraciones como funciones continuas en el dominio del tiempo (Cicla, 2012). El enfoque general para el análisis de vibración es:
Determinar las características de la vibración. Analizar la respuesta de vibración forzada.
Investigar varios métodos que puedan permiten controlar los niveles de vibraciones no deseadas que puedan surgir en el automóvil.
2.7.1. CONTROL DE LA VIBRACIÓN EN AUTOMOCIÓN
Un adecuado control de la vibración que ha de realizarse en un automóvil es necesariamente atacando directamente al punto de origen, es decir centrarnos en la fuente, y en efecto, es dónde mayor efectividad se obtiene a la hora de emitir un diagnóstico (Moldex, 2012). En el automóvil, se debe tener en cuenta que el mismo motor de combustión interna se encarga de provocar un sinnúmero de vibraciones y ruidos en forma de movimientos y oscilaciones, que se combinan para producir una fuente compleja de vibraciones. Estos ruidos se dan por el desbalanceo que se origina entre cada codo del cigüeñal debido a que en cada cilindro se suman las fuerzas de inercia asociadas con la masa en cada pistón.
El efecto de desequilibrio nunca se podrá eliminar completamente debido a que las fuerzas contienen componentes que limitan su alternabilidad
(Catecú, 2012). Se debe tener en cuenta que otra fuente muy relevante y que produce una vibración en el interior del habitáculo de un automotor, es el desequilibrio de las piezas, cuyo origen radica en el desgaste o por mala calidad de los materiales. Esto se debe a que existen, pequeñas cantidades de desequilibrio residual permisible en cada uno de los elementos que forman parte de la carrocería, y que a su vez provocan niveles de vibración no deseados.
2.8. INSTRUMENTOS PARA EL ANÁLISIS SONORO
Las diferentes mediciones que se realizan sobre vibraciones y ruido dentro del campo de la automoción son muy necesarias y se requieren una gran variedad de equipos de medición.
Estos equipos son muy necesarios ya que permiten determinar si el ensamblaje de los diferentes elementos que forman parte de la carrocería están bien fijos, el proceso de desarrollo para la medición de niveles de ruido siempre debe ser continuo, debido a que los ruidos generados por los sistemas de transmisión y sus componentes auxiliares van deteriorando los puntos de anclaje de la carrocería, como también sus juntas. (Webnode, 2014).
Se pueden citar algunas pruebas de valoraciones sobre ruidos que se hacen en los vehículos:
Identificación de origen. Análisis de frecuencia. Potencia acústica.
y que garanticen que las pruebas son repetibles e independientes de los efectos meteorológicos.
Es por esta situación que se requieren la utilización de espacios acústicos especiales, como lo son las cámaras anecoica, que se utilizan para obtener mejores condiciones de insonoridad(Basterrechea, 2013).
Los equipos más habituales son el sonómetro y el analizador de espectro.
2.8.1. SONÓMETRO
El sonómetro o también conocido como decibelímetro es un dispositivo que permite medir el nivel de presión acústica que se origina en determinado sitio, dichas mediciones se las expresa en decibelios y cuyo símbolo es el dB. Este dispositivo está diseñado para captar o responder casi de la misma forma que respondería el oído humano ante la presencia de un sonido y de esta manera se puede proporcionar mediciones reales y a su vez reproducir el nivel de presión acústica en el que se encuentra en ese momento. El decibelímetro se encuentra formado por un micrófono, un detector de nivel con constantes de tiempo de respuesta lenta o rápida y una red de ponderación A.
Existe una clasificación internacional para los sonómetros en función de su grado de precisión (norma CEI 60651), donde se establecen 4 tipos. De más a menos:
2.8.1.1. Sonómetro de clase 0
Se utiliza en laboratorios para obtener niveles de referencia.
2.8.1.2. Sonómetro de clase 1
Permite el trabajo de campo con precisión.
2.8.1.3. Sonómetro de clase 2
2.8.1.4. Sonómetro de clase 3
Es el menos preciso y solo permite realizar mediciones aproximadas, por lo que solo se utiliza para realizar reconocimientos.
2.8.1.5. Funcionamiento y puesta a punto del sonómetro
Los sonómetros que se utilizaran para realizar esta práctica son sonómetros digitales marca EXTECH modelo 407740. Sus principales características son:
Rango de señal:
Medida A: 30 a 130 dB (500 a 10 KHZ). (Personas)
Medida C: 30 a 130 dB (30 a 10 KHZ). (Maquinas) Frecuencia: 31.5 a 8.000 HZ.
Micrófono: Eléctrico condensado de 12.7mm (0.5 pulgadas). Rango de Selección: De30a80DB, de50a100DByde80 a 130 DB. Temperatura de Operación: entre 0oC y 50oC (32 °F a 122 °F) Humedad Permitida para la Optima Operación: Max. 90% RH.
En la figura 17 se puede observar un sonómetro integrador SC 160.
2.8.2. ANALIZADOR DE ESPECTRO
Es un dispositivo de medición que permite observar gráficamente que es lo que sucede con la frecuencia en un determinado tiempo. Sirven para tener una medición objetiva de lo que sucede con las ondas generadas por el sonido en términos de la frecuencia (7notasestudio, 2014). En la figura 18 se observa dicho analizador.
Figura 18. Analizador de espectro
(7notasestudio, 2014)
2.9. MEDICIONES
Y
NORMATIVAS
ACÚSTICAS
DE
APLICACIÓN EN LA AUTOMOCIÓN
Con el desarrollo de nuevas tecnologías, la industria automotriz ha crecido muy rápidamente y como resultado es el incremento del número de vehículos que se desplazan hoy en día, quedando muy cortas las diferentes vías de circulación para los diferentes vehículos, por este motivo el nivel de ruido generado por el tráfico ha ido creciendo alarmantemente, y esto ha generado una alto índice de contaminación acústica, en el que sin lugar a duda se encuentran expuestos todas las personas que hacen uso de la calzada en las diferentes avenidas de la ciudad.
permite a los vehículos ser tratados de mejor manera, logrando así disminuir los niveles de ruido generados por los mismos.
Los fabricantes de vehículos están afrontando regulaciones cada vez más estrictas de ruido para los vehículos nuevos. Los límites actuales de ruido aplicables para el paso de los vehículos nuevos se están armonizando dentro de la CEE y se pretende que se reduzcan progresivamente en el futuro. (Presidencia, 2012)
Directiva 92/97/CEE del Consejo de 10 de noviembre de 1992 [Diario Oficial L 371 de 19.12.1992];
Directiva 96/20/CE de la Comisión, de 27 de marzo de1996 [Diario Oficial L 92 de 13.4.1996];
Directiva 99/101/CE de la Comisión de 15 de diciembre de 1999 [Diario Oficial L 334 de 28.12.1999];
Directiva 2007/34/CE de la Comisión, de 14 junio de 2007 [Diario Oficial L 155 de 15.6.2007]. Técnicas para el estudio acústico en vehículos (Noise, Vibration and Harshness).
En las directivas de control del ruido emitido, se consideran dos tipos de ruido, el emitido por el vehículo en marcha, y el generado cuando se encuentra en ralentí. Las diferencias entre estos dos tipos de ruido dependen de diferentes parámetros: tipo de ruedas, tipo de asfalto, tipo de la carretera, etc.
Estas determinaciones de niveles de ruido vienen definidas por las normas internacionales
ISO 362 Measurement of noise emitted by accelerating road vehicles. Engineering method
ISO 5131 Acoustics Measurements of sound pressure level emitted by stationary road vehicles.
Tabla 7. Nivel de presión sonora vigente en Ecuador
2.10. EFECTOS DEL RUIDO EN LOS SERES HUMANOS
Los sonidos son vibraciones transmitidas por el aire que pueden ser percibidas por el oído humano e interpretadas por el cerebro, se caracterizan por:
Su intensidad
El conjunto de sus frecuencias Variaciones de ambas en el tiempo
Los seres humanos pueden interpretar los sonidos como señales, es decir, como portadoras de información útil o ruido, sonidos indeseables que perturban ya sea por interferir con la audición de las señales, por sus
CATEGORIA DE VEHÍCULO DESCRIPCIÓN NPS MAXIMO (dBA) Motocicletas:
De hasta 200 centímetros cc. Entre 200 y 500 cc.
Mayores a 500 cc.
80 85 86
Vehículos:
Transporte de personas, nueve asientos incluido el conductor.
Transporte de personas, nueve asientos incluido el conductor, y peso no mayor de 3.5 toneladas. Transporte de personas, nueve asientos incluido el conductor, y peso mayor de 3.5 toneladas.
Transporte de personas, nueve asientos incluido el conductor, y peso no mayor de 3.5 toneladas, y potencia de motor mayor a 200 HP
80
81
82
85
Vehículos de carga:
Peso máximo hasta 3.5 toneladas.
Peso máximo de 3.5 toneladas hasta 12.0 toneladas.
Peso máximo mayor a 12.0 toneladas.
81
86
intensidades o frecuencias desagradables o por transmitir información indeseable. Los sonidos pueden ser generados por múltiples fuentes y se expanden en todas las direcciones cuando se difunden en un campo abierto
2.10.1. EFECTOS ADVERSOS DEL RUIDO SOBRE LA SALUD
Los efectos negativos que son originados por el ruido y que inciden directamente sobre la salud y de todos los seres humanos fueron debidamente estudiados por diferentes instituciones e investigadores a nivel mundial.
La diversidad de los efectos que se pueden encontrar y que son provocados por el ruido en el ser humano es muy amplia, algunos casos fueron identificados y cuantificados mientras que otros casos todavía se encuentran en investigaciones y todavía no se encuentran identificados. (Acustinet, 2014).
Con estos antecedentes se clasificaron los efectos del ruido sobre los seres humanos en tres grandes grupos:
Efectos Auditivos.
Efectos Fisiológicos no auditivos. Efectos Psicosociales.
2.10.1.1. Efectos Auditivos
2.10.1.2. Efectos fisiológicos no auditivos
Los efectos fisiológicos no auditivos son aquellos que implican a todas las alteraciones que se producen cuando existe un anormal funcionamiento del organismo, dicha anormalidad es provocada por el exceso de permanencia en un lugar que está saturado por altos rangos de ruido (Acustinet, 2014) . Cuando se sufre de alteraciones físicas en el organismo como consecuencia del exceso a la exposición por varias horas ante el ruido, este se traduce en los seres humanos como fatiga corporal, náuseas, bajas respuestas al reflejo y dolores de cabeza entre los que se citaron. Pero también existen muchas anomalías que sufre organismo a nivel funcional y que suelen pasar inadvertidos por la persona afectada, como por ejemplo fue necesario citar dos anomalías que suelen darse comúnmente:
Alteraciones gastrointestinales Trastornos cardiovasculares.
Algunos de los efectos fisiológicos extra-auditivos son temporales y no dejan secuelas clínicas significativas como por ejemplo la respuesta refleja a un ruido de corta duración y alto nivel. Sin embargo, algunos efectos no auditivos del ruido pueden tener consecuencias terribles e irreversibles como, por ejemplo, ciertos daños cardiovasculares.
Efectos fisiológicos conscientes, se agrupan todas aquellas alteraciones que son producidas por el ruido y que son reconocidas por la persona en el momento en que aparece el problema, es necesario resaltar que no necesariamente el ser humano pueda asociar su causa al ruido.(Acustinet, 2014). Dentro de los principales efectos se tienen:
Respuesta refleja. Alteración del equilibrio Fatiga corporal
Deficiencia vocales
Efectos fisiológicos inconscientes.