Fontes sonoras. Acústica Ambiental - EAM-23 - Capítulo 8 - Fontes sonoras

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2 Comprimento de onda >> dimensão da fonte ondas esféricas Comprimento de onda dimensão da fonte direcional Esfera pulsante fonte omnidirecional 2

3 L p = L 20log r W o 11 Lwo potência sonora da fonte omnidirecional 3

4 L p θ = L + DI 20log r 11 W d θ Lpφ = nível de pressão sonora na direção φ, Lwd = nível de potência sonora da fonte direcional DIφ = índice de diretividade da fonte na direção φ 4

5 Contornos de mesmo nível de pressão sonora ao redor de um grande transformador de energia elétrica. 5

6 Baixas freqüências tendem a se irradiar de modo muito uniforme, enquanto que altas freqüências se tornam altamente direcionais. Índice de diretividade DI L L p p esf Lpφ = nível de pressão Sonora à distância r, na direção φ Lpesf = nível de pressão sonora médio espacial φ = φ 6

7 Ruído de ventiladores LW = CF + 10logQ + 20log P + E / 3 48dB CF = potência sonora específica; Q = vazão em volume, m 3 /s; P = incremento da pressão através do ventilador, em Pa; e E = eficiência do ventilador em %. 7

8 Ruído de ventiladores BPF - blade passing frequency correção na potência sonora da banda de oitava onde ocorre a freqüência de passagem da pá. Incremento de freqüência da pá - blade frequency increment BFI BPF = n.rpm/60 n = número de pás do ventilador 8

9 Ruído de ventiladores Ventilador tipo hélice, com diâmetro maior do que 3,5 m: LW = CF + 70log D + 50log RPM 223dB D = diâmetro da hélice e RPM, número de rotações por minuto. 9

10 Ruído de ventiladores Tabela 8.1 Correções do nível de potência sonora dentro do duto para obtenção da potência sonora em bandas de oitava, irradiada pela carcaça do ventilador e tubulação adjacente. Freqüência central da banda de Correção (db) oitava (Hz)

11 Potências sonoras específicas e incrementos de freqüência da pá para vários tipos de ventilador: Centrífugo Axial Tipo de ventilador Freqüência Central da banda de oitava (Hz) BFI Aerofólio Acima de e Limit Load 0,9 m Abaixo de ,9 m Sirocco Acima de Radial m Entre 0,5 e 1 m Abaixo de ,5 m Axial com aletas fixas Acima de 1 m Abaixo de 1 m Axial tubular sem aletas Acima de 1 m Abaixo de 1 m Hélice (torre de resfriamento) Diâmetro da hélice Abaixo de 3,5 m Acima de 3,5 m

12 Ventilador centrífugo 12

13 Ruído de compressores de ar: Grandes compressores - Potência sonora internamente à tubulação de saída Compressores centrífugos: L W = 20log kw + 50logU 45dB kw = potência do motor de acionamento em kw; U = velocidade das extremidades das pás da hélice, em m/s ( m/s) 13

14 Ruído de compressores de ar: Freqüência do motor onde ocorre o nível de potência sonora máximo: f p = 4,1U ( Hz) Compressores rotativos ou axiais: L = 20 log kw + 68, 5dB W 14

15 Ruído de compressores de ar: Freqüência do nível de potência sonora máximo segundo harmônico f = n. RPM / 30( Hz) p n = número de hélices do rotor axial e RPM, número de rotações por minuto do rotor. 15

16 Espectro do nível de potência sonora: Freqüência (Hz) Equação 63 L W = 10 logkw + 76, 5dB 500 L W = 13,5logkW + 72dB fp fh L W = 20 logkw + 66, 5dB L W = 13,5logkW + 72dB f h = f 2 p / 400( Hz) 16

17 Níveis de pressão sonora em bandas de oitava, a 1 m, em função da potência de compressores de ar Freqüência central da banda Nível de pressão sonora a 1 m (db) Potência do compressor de ar (kw) de oitava (Hz) Até 1,5 2 a 6 7 a 75 31,

18 Ruído de compressores de ar: Compressores alternativos L = 10 log kw + 106, 5dB W Banda de oitava que contém a freqüência fundamental: f p = n. RPM / 60Hz n = número de cilindros do compressor Nível de potência sonora desta banda - 4,5 db do valor da equação

19 Ruído de compressores de ar: Grandes compressores potência sonora irradiada externamente: Atenuação = 17log(mf)-48 db m = massa por unidade de área da parede da tubulação, em kg/m 2 e f, a freqüência central da banda de oitava sob consideração, em Hz. 19

20 Ruído de compressores de ar: Compressores rotativos e alternativos (incluindo admissão de ar parcialmente silenciada) L = 10 log kw + 90dB W 20

21 Ruído de compressores de ar: Compressores centrífugos (ruído irradiado pela carcaça exclui admissão de ar) L = 10 log kw + 79dB W 21

22 Ruído de compressores de ar: Compressores centrífugos (ruído irradiado pela admissão de ar não silenciada exclui ruído da carcaça) L = 10 log kw + 80dB W 22

23 Correções do nível de potência sonora total, para estimativa dos níveis de potência sonora em bandas de oitava do ruído irradiado externamente por grandes compressores. Freqüência central da banda de oitava (Hz) Compressores rotativos e alternativos Correção (db) Compressor centrífugo (carcaça) Compressor centrífuo (admissão de ar) 31,

24 Ruído de compressores em unidades refrigeradoras: o Compressor fonte dominante em unidades refrigeradoras Níveis de pressão sonora em bandas de oitava, em db, a 1 m de compressores de unidades de refrigeração Tipo de compressor e Freqüência Central da banda de oitava (Hz) capacidade do sistema 31, Alternativo kw kw Rotativo kw Centrífugo Abaixo de 1750 kw Acima de 1750 kw

25 Ruído de torres de resfriamento: Tipo de torre Equação TR do tipo hélice ventiladores de até 75 kw TR com ventilador de P 75 kw TR centrífuga ventiladores de até 60 kw TR ventilador de P 60 kw L W = 8 log kw + 100dB L W = 10 log kw + 96dB L W = 11 log kw + 85dB L W = 7 log kw + 93dB

26 Correções do nível de potência sonora total para obtenção do nível de potência sonora em bandas de oitava do ruído em torres de resfriamento Freqüência Correção (db) central da banda de oitava (Hz) Tipo hélice Tipo centrífuga 31,

27 Índices de diretividade de torres de resfriamento Índice de diretividade (db) Tipo de torre e local de medição Freqüência Central da banda de oitava (Hz) 31, Centrífuga com descarga forçada Frente Lado Atrás Topo Fluxo axial, descarga forçada Frente Lado Atrás Topo Hélice com fluxo induzido Frente Lado Topo Hélice com admissão inferior e descarga forçada Qualquer lado Topo

28 Exemplo de TR 28

29 Exemplo de TR - Hélice 29

30 Estimativas de níveis de pressão sonora junto às aberturas de admissão e de descarga de ar em torres de resfriamento: Índice de diretividade (db) Tipo de torre e local de medição Freqüência Central da banda de oitava (Hz) 31, Centrífuga com descarga forçada Admissão Descarga Fluxo axial, descarga forçada Admissão Descarga Hélice com fluxo induzido Admissão Descarga

31 Ruído de bombas: Níveis de pressão sonora total do ruído da bomba a 1 m Faixa de rotação (rpm) Nível de pressão sonora total (db) Potência da placa do motor de acionamento Abaixo de 75 kw Acima de 75 kw log kw + 72 db 3 log kw + 86 db log kw +75 db 3 log kw +89 db log kw + 70 db 3 log kw +84 db log kw + 68 db 3 log kw + 82 db 31

32 Correções do nível de pressão sonora total estimado com as fórmulas da tabela anterior para obtenção do nível de pressão sonora do ruído da bomba com bandas de oitava, a 1m. Freqüência central da banda de oitava Correção (db) 31,

33 Ruído de jatos: Válvulas de segurança e de alívio gases de alta pressão na atmosfera na forma de jatos. Número de Mach do jato (M) V/c onde V é a velocidade média do jato e c, a velocidade do som. Antes de ser ejetado P > P0 33

34 Ruído de jatos: Pg < 1,89P 0 M < 1,0 jato subsônico Mecanismo de geração: turbulência gerada pela descarga do jato de alta velocidade. Pg > 1,89 P 0 M = 1,0 jato sônico 34

35 Ruído de jatos: M > 1,0 quando há no dispositivo de ejeção uma contração seguida de expansão supersônico Mecanismos choques gerados Potência sonora (Wa) Wa = ηwm Wm potência mecânica do jato e n, o fator de eficiência acústica do jato. 35

36 Ruído de jatos Potência mecânica do jato fluxo de energia cinética: W m = ρ V πd Onde ρ = massa específica do gás e d o diâmetro do jato 36

37 Ruído de jatos Fator de eficiência acústica de jatos subsônicos: Para 0,1 < M < 1,0; 0,1 < (T/To) 2 (ρ/ρo)< 10 η = Onde T = temperatura absoluta do gás no jato, K T 0 = temperatura do ar ambiente, K ρ 0 = massa específica do ar ambiente e Ka = coeficiente de potência acústica, aprox. 5 X 10-5 T T 0 2 ρ k ρ 0 a M 5 37

38 Ruído de jatos Potência sonora total do jato: L =10 logw + 120dB W a 38

39 Índices de diretividade do ruído de jatos em função do ângulo, a partir do eixo longitudinal do jato. Ângulo φ a partir do eixo longitudinal do jato Índice de diretividade do jato DIφ (db) 0º 0 20º +1 40º +8 60º +2 80º º º º º º

40 Ruído de jatos Freqüência de pico: f p = N Onde Ns = número de Strouhal (geralmente em torno de 0,2 para jatos subsônicos) S V d 40

41 Espectro do ruído de jatos 0 0,06 0,13 0,25 0,50 1,00 2,00 4,00 8,00 16, Lwb-Lw - db f/fp 41

42 Ruído de caldeiras: Caldeiras comuns L W = 4 log kw + 95 Para caldeiras industriais de grande porte: L W = 15 log MW

43 Tabela 8.8: Correções do nível de potência sonora total para obtenção do nível de potência sonora em bandas de oitava do ruído de caldeiras: Freqüência central de banda de oitava (Hz) Caldeiras comuns Caldeiras industriais de maior porte 31,

44 Ruído de turbinas a gás e vapor Carcaça L W = 5 logmw+ 120dB (8.64) Admissão L W = 15 logmw+ 127dB (8.65) Exaustão L W = 10 logmw+ 13dB (8.66) 44

45 Turbinas a vapor: L W = 4 log kw

46 Tabela 8.9: correções do nível de potência sonora total, para obtenção do nível de potência sonora em bandas de oitava das principais fontes de ruído de turbinas. Freqüência central de banda de Turbinas a gás Correção oitava (Hz) Carcaça Admissão Exaustão Turbinas a vapor 31,

47 Ruído de motores estacionários (diesel e gás) Exaustão dos gases de combustão; Admissão do ar e Bloco do motor. 47

48 Ruído de motores estacionários (diesel e gás) Ruído de exaustão: L W lex = 10 log kw K ,2 K = 0 motores sem turbocompressor; K = 6,0 para motores com turbocompressor e lex = comprimento da tubulação de exaustão 48

49 Tabela 8.10: Correções do nível de potência sonora total, para obtenção do nível de potência sonora em bandas de oitava do ruído irradiado pela exaustão de motores estacionários: Freqüência central da banda de oitava (Hz) Correção (db) 31,

50 Ruído do bloco: L W = 10 logkw + A + B + C + D

51 Tabela 8.11: Valores de A, B, C e D a serem utilizados para a estimativa do nível de potência sonora total do ruído irradiado pelo bloco de motores estacionários. Fator de correção da rotação (A) Inferior a 600 rpm -5 Entre 600 e 1500 rpm -2 Superior a 1500 rpm 0 Fator de correção do combustível (B) Diesel 0 Diesel e gás natural 0 Gás natural (incluindo pequena quantidade de óleo piloto) -3 Fator de disposição de cilindros (C) Em linha 0 Em V -1 Radial -1 Fator de correção de admissão de ar (D) Admissão de ar para o roots blower não-dutada e não-silenciada +3 Admissão de ar dutada externamente ao enclausuramento 0 Admissão de ar para o roots blower silenciada 0 Outros tipos de admissão de ar (com ou sem turbo compressor) 0 (db) 51

52 Figura 8.7: Configuração de Roots Blower o 1 Pistão rotativo 1 o 2. Corpo da bomba o 3. Pistão rotativo 2 o a: Meio de entrada o b: Meio de transporte o c: Meio de saída 52

53 Desenho esquemático do ciclo de funcionamento de um Roots Blower 53

54 Tabela 8.12: Correções do nível de potência sonora total para obtenção do nível de potência sonora em bandas de oitava do ruído irradiado pelo bloco de motores estacionários. Freqüência central de banda de oitava (Hz) Rotação inferior a 600 rpm Correção Rotação entre 600 e 1500 rpm Com roots blower Sem roots blower Rotação superior 1500 rpm a 31,

55 Ruído de admissão: Ruído de motores sem turbocompressor desprezível, comparando-se com o ruído da exaustão e do bloco; Motores com turbocompressor: L W = l 5 log kw + 1,8 95 l = comprimento da tubulação de admissão de ar (m) 55

56 Tabela 8.13: Correções do nível de potência sonora total, para obtenção do nível de potência sonora em bandas de oitava do ruído de admissão de ar de motores estacionários: Freqüência central da banda de oitava (Hz) Correção (db) 31,

57 Ruído em queimadores: Combinação de três mecanismos: fluxo de gás combustível; fluxo de ar e processo de combustão. L W = 44logV + 17log( G) 135 V = velocidade média do fluxo de ar através do registro (m/s) G = vazão em massa de ar (kg/s) 57

58 Ruído em queimadores: Estimativa da freqüência de pico (fp) do espectro sonoro - Número de Strouhal (Ns) = 1,0 d f p V = 1,0 d = menor diâmetro de passagem de fluxo de ar 58

59 Ruído em queimadores: Nível de potência sonora na banda de oitava (freqüência de pico) 3 db abaixo do nível de potência sonora total Bandas adjacentes Rolloff 5 db/oitava 59

60 Ruído em queimadores: Ruído de combustão: W = 1300ηGH C Wc potência sonora do ruído de combustão; η fator de eficiência acústica (da ordem de 10-6) G vazão em massa (kg/s) H calor latente (cal/kg) Pico de espectro sonoro 500 Hz 3 db abaixo do nível de potência sonora total Bandas acima e abaixo rolloff de 6 db/oitava. 60

61 Exemplo de um queimador 61

62 Ruído de motores elétricos: Pequenos Abaixo de 300 kw d = 1 m Abaixo de 40 kw L p = 17 log kw + 15log RPM + 17 Acima de 40 kw L p = 10 log kw + 15log RPM

63 Tabela 8.14: Correções do nível de pressão sonora total para obtenção dos níveis de pressão sonora em bandas de oitava do ruído de motores elétricos pequenos Freqüência central de Correção (db) banda de oitava (Hz) Motor enclausurado e motor com ventoinha Motor à prova de respingos 31,

64 Ruído de motores elétricos grandes acima de 300 kw Freqüência Rotação (rpm) central de banda de 1800 e e abaixo 250 e 400 (vertical) oitava (Hz) 31,

65 Ruído de geradores elétricos: L W = 10 log MW + 6,6 log RPM

66 Tabela 8.16: Correções do nível de potência sonora total, para obtenção do nível de potência sonora em bandas de oitava do ruído de geradores elétricos: Freqüência central da banda de oitava (Hz) Correção (db) 31,

67 Ruído de transformadores elétricos: L = N + 10log S + W R C NR = Classificação NEMA (National Electrical Manufacturers Association, 1980) geração de ruído a 0,35 m S = área das quatro faces laterais do transformador (m2); C = correção 67

68 Tabela 8.17: Correções C da equação 8.76(a) Correção C (db) Freqüência Local 1 (b) Local 2 (c) Local 3 (d) central da banda de oitava (Hz) 31,

69 Tabela 8.17: Correções C da equação 8.76(a) a) Para transformadores em óleo, os valores de C são elevados, e baixos para transformadores em ar. b) Ao ar livre, ou internamente a salas grandes com grande número de equipamentos mecânicos. c) Internamente a salas pequenas, ou em salas grandes com pequeno número de equipamentos. d) Em qualquer local crítico em que haja problemas quando o transformador gera ruído acima da classificação Nema após a instalação. 69