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Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Engenharia Mecânica 1º Módulo - Formação Continuada Convênio UFU / REGAP 2007/2010 Ricardo Humberto de.

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1 Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Engenharia Mecânica 1º Módulo - Formação Continuada Convênio UFU / REGAP 2007/2010 Ricardo Humberto de Oliveira Filho Fontes de Ruído

2 Introdução Para estimativas de níveis de pressão sonora, é preciso conhecer os níveis de potência sonora das fontes em questão.É o caso por exemplo de determinada máquina em ambiente industrial. A caracterização acústica de equipamentos requer ensaios, instrumentação e pessoal especializado. Normalmente a potência sonora é obtida através de ensaios especializados em laboratório, ou por meio de medidas de intensidade sonora em qualquer ambiente. Existem métodos, em geral, baseados em dados empíricos, para estimativa da potência sonora de algumas máquinas e equipamentos.

3 Fontes Sonoras Omnidirecionais e Direcionais Diversos mecanismos produzem sons e ruídos: vibração do diapasão, vibração do diafragma do auto-falante, uma esfera pulsante, etc. O sistema de exaustão de um motor de combustão interna gera som por um mecanismo que pode ser associado ao da esfera pulsante. Quando o comprimento de onda é muito maior que a dimensão da fonte, as ondas geradas são esféricas. Quando o comprimento de onda é da ordem da dimensão da fonte ou menor, a radiação da fonte tende a ser direcional. Nas altas frequências (pequenos comprimentos de onda) a fonte apresentará direções preferenciais de radiação sonora. Quando uma fonte sonora não apresenta direções preferenciais de radiação, caso da esfera pulsante, diz-se que se trata de uma fonte omnidirecional, caso contrário, trata-se de uma fonte direcional.

4 Fontes Sonoras Omnidirecionais e Direcionais Fontes sonoras perdem a omnidirecionalidade por apresentarem forma não-esférica, ou porque a amplitude e fase das vibrações de suas diferentes superfícies não são uniformes. Diferentemente da esfera pulsante, a uma mesma distância da fonte, a pressão sonora gerada por fontes direcionais, será diferente em direções diferentes. Isolinhas de pressão sonora ao redor de um grande transformador de energia elétrica.

5 Fonte Sonora Omnidirecional Quando a fonte sonora é omnidirecional e irradia em campo livre, longe de superfícies refletoras, a relação entre a potência sonora e a pressão sonora à distância r da fonte é dada por: Na eq. acima, o nível de pressão sonora a uma mesma distância r da fonte é o mesmo em qualquer direção. dB Dodecaedro Omnidirecional

6 Fonte Sonora Direcional O nível de pressão sonora de uma fonte direcional depende também da direção do receptor em relação à fonte sonora. onde: -NPS é o nível de pressão sonora na direção θ; - NWS é o nível de potência sonora da fonte direcional; - DI é o índice de diretividade da fonte na direção θ, em decibéis. Para fontes direcionais, a potência sonora não é suficiente para caracterizar acusticamente a fonte. Há a necessidade de se conhecer o índice de diretividade em todas as direções para uma descrição completa de fontes direcionais. dB

7 Diagrama polares de índice de diretividade de um alto-falante no plano horizontal em função da direção θ

8 Índice de Diretividade (DI) O índice de diretividade pode ser obtido em um ensaio em campo livre, através de medidas de níveis de pressão sonora, e pela aplicação da fórmula: onde: - NPS θ é o nível de pressão sonora medido à distância r, na direção θ; - é o nível de pressão sonora médio espacial, calculado através da média dos quadrados dos valores eficazes de pressão sonora, medidos em diversos pontos numa superfície esférica hipotética de raio r envolvendo a fonte sonora. A diretividade de uma fonte é um fator importante no estudo dos fenômenos acústicos, pois uma fonte que irradia omnidirecionalmente, se colocada no chão de uma fábrica, estará irradiando apenas em um espaço referente a uma semi-esfera, pois ela estará limitada pelo piso.

9 Fator de Diretividade (Q θ ) Fontes reais dificilmente irradiam som de forma uniforme em todas as direções, elas ainda podem ser limitadas pelo espaço que as circundam ou mesmo devido a própria geometria. O fator de diretividade, Q θ, de uma certa fonte é definido como: O índice de diretividade se relaciona com o fator de diretividade pela equação:

10 Valores do Fator de Diretividade(Q θ ) Efeito da presença de superfície na diretividade:

11 Fontes propagando ao ar livre Fonte Pontual Simples onde: Tem-se então 6 dB de atenuação para cada duplicação da distância r.

12 Fonte Pontual Simples Fonte pontual no chão: as ondas de propagação são semi-esféricas e a energia sonora atravessa uma área de valor 2πr 2. Neste caso: Q θ =2 e DI=3 dB. No caso de fonte unidirecional posicionada na aresta (interseção de duas superfícies rígidas infinitas), tem-se propagação através de uma área de πr 2. Então: Q θ =4 e Di=6 dB. Para o caso de fonte no vértice (interseção de três superfícies rígidas), tem-se: Q θ =8 e Di=9 dB. A relação entre NPS 1 (na distância r 1 ) e NPS 2 (na distância r 2 ) é dada por:

13 Fonte Linear Um fluxo de veículos em uma estrada ou um duto longo carregando fluxo de fluido turbulento ruidoso podem ser considerados como fonte sonora em linha de comprimento l. Tem-se então 3 dB de atenuação para cada duplicação da distância. A relação entre NPS 1 (na distância r 1 ) e NPS 2 (na distância r 2 ) na mesma direção θ é dada por: ou

14 Fontes Pontuais em Linha Uma linha de máquinas idênticas como por exemplo no caso de máquinas de tecidos ou fios, máquinas de estamparia, etc. pode ser considerada uma linha de fontes. Ao longo da distância radial rb/π, a propagação é similar ao caso da fonte em linha, com atenuação de 3 dB por duplicação da distância (a contribuição de todas as fontes é significativa).

15 Fontes Planas A transmissão de ruído através de uma porta, janela ou parede de uma casa de máquinas, pode ser considerada como fonte plana finita. Para r c/π tem-se -6dB por duplicação da distância (fonte pontual).

16 Modelos de fontes sonoras Modelo de fontes pontuais para predição de ruído em comunidade

17 Fontes Sonoras em Movimento Quando uma pessoa se aproxima de uma fonte sonora fixa, a freqüência do som ouvido (freqüência aparente) é maior do que aquela de quando a pessoa se afasta da fonte. O mesmo resultado seria obtido se a fonte se aproximasse ou se afastasse de uma pessoa parada. Suponhamos que uma fonte A emite 100 ondas por segundo. Um observador O perceberá a passagem de 100 ondas a cada segundo. Entretanto, se o observador se move na direção da fonte A, o número de ondas que ele encontra a cada segundo aumenta proporcionalmente à sua velocidade. Surgindo então uma variação aparente da frequência. Essa variação aparente da freqüência de onda é chamada efeito Doppler.

18 Fontes Sonoras em Movimento Denominando f a freqüência recebida pelo observador (freqüência aparente) e f a freqüência emitida pela fonte, temos: Aproximação do observador em relação à fonte: f > f Afastamento do observador em relação à fonte: f < f Onde: f é a freq. Aparente do som que atinge o observador, f é a freqüência real do som, v é a velocidade do som, vF á a velocidade de aproximação da fonte.

19 Fontes de ruído industriais Ventiladores e exaustores: – Ruído aerodinâmico do tipo banda larga em regiões de fluxo turbulento e vórtices. – Ruído causado pela passagem das pás próximo a elementos fixos. – Ruído de origem mecânica emitido por vibrações dos componentes estruturais e das pás.

20 Fontes de ruído industriais Compressores de ar: –Turbulência de fluxo devido à passagem não suave do fluido. –Separação do fluxo causado por interação do fluxo nas partes rotativas (rotores) e nas partes fixas (estatores), ou através de outras partes estruturais. –Fluxo não estacionário (irregular) nas pás dos rotores, que gera ruído na frequência de rotação e nos seus harmônicos. Compressor de anel líquidoCompressor de êmbolo Compressor de palhetas

21 Fontes de ruído industriais Válvulas de Controle –O ruído é gerado através das mudanças bruscas nas condições do fluido no orifício da válvula. –Na saída existe condição de baixa pressão com alta velocidade de fluxo. Portanto, o fluxo laminar, antes da válvula, torna-se turbulento após passar pela válvula. –O ruído da válvula é modelado como ruído de jato confinado. –O ruído gerado no escoamento de gases através de válvulas de controle é muito mais crítico do que o gerado por líquidos. –Mecanismos de ruído: turbulência do jato, interação da turbulência com o corpo da válvula e a tubulação, choques, interação da turbulência com choques.

22 Fontes de ruído industriais Motores Elétricos –Ruído Magnético: forças magnéticas que atuam no estator e no rotor, através do espaço de ar, dependendo do projeto do motor. Sendo uma função da densidade do fluxo magnético, do número e forma dos pólos, do número e forma das ranhuras e da geometria do espaço de ar. –Ruído Mecânico: desbalanceamento do rotor, mancais e rolamentos, fricção das escovas nos anéis de escorregamento, fricção acidental de componentes dos estatores e rotores, ruído devido a componente solto. –Ruído aerodinâmico: é criado por vórtices e fluxo turbulento do ar de refrigeração, que são produzidos pelas pás do rotor em movimento relativo aos elementos estacionários. Consequentemente a potência sonora depende da velocidade de rotação.

23 Fontes de ruído industriais Tubulações de transporte de fluidos –Em tubulações retilíneas, a turbulência provocada pela interação do escoamento com as paredes da tubulação é considerada a principal fonte de ruído. –A parcela da potência mecânica responsável pela geração do ruído é proporcional à queda de pressão ao longo da tubulação. –Para o escoamento de líquidos, o fator de eficiência acústica é tão baixo, que resulta em ruído geralmente insignificante.

24 Fontes de ruído industriais Queimadores –O ruído se deve à combinação de três mecanismos: o fluxo de gás combustível, o fluxo de ar e o processo de combustão. –O ruído de fluxo de gás é dominante no caso de queimadores que operam com gás combustível a alta pressão. Para queimadores que operam com óleo combustível, esse ruído é desprezível. –O ruído da combustão não é geralmente tão significativo quanto ao ruído dos fluxos de combustível e de ar.

25 Efeito do tratamento de fontes sonoras


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