PROGRAMA DE PÓS -GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA ...

PROGRAMA DE PÓS

“DESENVOLVIMENTO DE UMA METODOLOGIA PARA

ELABORAÇÃO DE MODELOS DE PREDIÇÃO DOS NÍVEIS DE

RUÍDO DO CAMPO ACÚSTICO DE USINAS HIDRELÉTRICAS”

JOÃO ARTUR FIUZA MAZARINI

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

"JÚLIO DE MESQUITA FILHO"

Campus de Ilha Solteira

PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA





Orientador: Prof. Dr. João Antonio Pereira

Ilha Solteira – SP

Fevereiro 2013

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

"JÚLIO DE MESQUITA FILHO"

GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA




Prof. Dr. João Antonio Pereira


“DESENVOLVIMENTO DE UMA METODOLOGIA PARA ELABORAÇÃO DE MODELOS DE PREDIÇÃO DOS NÍVEIS DE RUÍDO DO CAMPO ACÚSTICO DE USINAS HIDRELÉTRICAS”

Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia – UNESP – Campus de Ilha Solteira, para obtenção do título de Mestre em Engenharia Mecânica. Área de Conhecimento: Mecânica dos Sólidos

Prof. Dr. João Antônio Pereira Orientador

Ilha Solteira 2013

FICHA CATALOGRÁFICA

Elaborada pela Seção Técnica de Aquisição e Tratamento da Informação Serviço Técnico de Biblioteca e Documentação da UNESP - Ilha Solteira.

Mazarini, João Artur Fiuza.

M475d Desenvolvimento de uma metodologia para elaboração de modelos de predição dos

níveis de ruído do campo acústico de usinas hidrelétricas / João Artur Fiuza Mazarini. –

Ilha Solteira : [s.n.], 2013

113 f. : il.

Dissertação (mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Estadual Paulista.

Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira. Área de Conhecimento: Mecânica dos Sólidos,

2013

Orientador: João Antônio Pereira

1. Ruído. 2. Usinas hidrelétricas. 3. CadnaSAK. 4. Simulação.

DEDICO

Ao meu pai João Artur Mazarini e a minha mãe Vera

Lúcia Fiuza, que me educaram e me possibilitaram mais

essa conquista, os quais são exemplo de vida

fundamentais para a minha vida pessoal e profissional.

AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus pela coragem de enfrentar mais esse desafio e pela força para a

conclusão deste trabalho.

Aos meus pais João Artur Fiuza Mazarini e Vera Lucia Fiuza, pelo eterno orgulho, pelo

apoio, ajuda e palavras de carinho durante toda essa caminhada.

A minha irmã Juliana Fiuza Mazarini pelo carinho, compreensão e acompanhamento dessa

batalha.

Aos meus amigos de curso que tanto me ajudaram, em especial Eduardo Zampar pela imensa

ajuda durante os trabalhos em campo.

Um agradecimento especial ao meu orientador Prof. Dr. João Antônio Pereira pela orientação

e paciência durante esses anos de mestrado.

A CESP de Ilha Solteira pela ajuda e acompanhamento durante todo o procedimento de

medição realizado na usina.

A CAPES pelo subsídio fornecido para a realização do mestrado.

A minha namorada Marcela Dória que tanto me aconselhou e me deu força para prosseguir

focado.

Aos meus queridos avós Maria Fronio, Dervilio Mazarini, Maria Aparecida e José Fiuza pelo

carinho e incentivo por todos esses anos.

Ao meu tio Pedro e a minha Tia Cida que me acolheram me deram carinho e moradia por

todo esse tempo de mestrado.

“Aquilo que foi doloroso suportar torna-

se agradável depois de suportado, é

natural sentir prazer no final do próprio

sofrimento”.

Sêneca

RESUMO

Ruído é, na maioria dos países, o agente nocivo que prevalece na maioria dos ambientes de trabalho. Um trabalhador gasta em média 20% a mais de energia em ambientes com altos níveis de pressão sonora. As estatísticas do INSS comprovam que o ruído tem sido um agente causador de doenças, estresse ocupacional e acidentes de trabalho. A exposição de pessoas a níveis elevados de ruído pode causar comprometimentos orgânicos diversos, sendo também o principal responsável por distúrbios auditivos temporários e permanentes. Assim, é de fundamental importância a caracterização e avaliação do ruído e do seu campo de propagação no ambiente de trabalho. Isso permite a avaliação e, caso necessário, a implementação de ações de controle e mitigação dos seus efeitos. Nesse trabalho foi realizado um estudo das principais técnicas utilizadas para a simulação de ruído em ambientes industriais fechados, visando obter as informações e o conhecimento necessário para a elaboração de modelos de simulação e predição do campo acústico de ambientes industriais, mais especificamente, do piso de geradores de uma Usina Hidrelétrica. O trabalho foi desenvolvido com base na abordagem experimental e teórico e na interação entre elas. Na abordagem experimental foram realizadas diferentes medições para um conjunto de pontos pré-determinados e os dados obtidos foram processados e analisados visando caracterizar o ambiente e identificar as principais fontes de ruído. Os modelos de simulação do ruído foram elaborados com base nas informações e dados da construção predial do ambiente, nas características das fontes identificadas e na disposição espacial dos equipamentos e maquinários auxiliares. O software utilizado para simulação e obtenção dos mapas acústicos do ambiente foi o CadnaSAK que utiliza um método híbrido envolvendo o método fonte imagem virtual e traçado dos raios e tem como base as recomendações e padronizações dispostas na norma alemã VDI 3760. O modelo de simulação foi validado comparando os valores obtidos com dados medidos experimentalmente. A comparação dos valores foi feita para um conjunto de pontos medidos inicialmente durante a fase de análise, caracterização e identificação do ambiente e posteriormente, foi feita com um conjunto de pontos medidos em três setores distintos do piso dos geradores, envolvendo três unidades geradoras diferentes. Palavras-chave: Ruído. Hidrelétrica. CadnaSAK. Simulação.

ABSTRACT

Noise is, in most of the countries, the harmful agent which prevails in most of workplaces. A worker spends, on average, 20% more energy in environments with high sound pressure levels. Statistics from INSS bear out that noise has been a causing agent of diseases, occupational stress and accidents at work. Thus, it is fundamental to know the effects of noise propagation so it is possible to control environment noise levels. The exposure of people to high level noise may cause several organic compromises, and it is further the main responsible for temporary and permanent hearing disorders. Due to it, a study has been done to understand and evaluate the best techniques involved in noise simulation in closed industrial environment, aiming to provide important information to the implementation of a simulation model for the acoustic field of the floor of the generators for the hydroelectric plant at Ilha Solteira. The work has been developed basing on two approaches, experimental and theoretical. On the experimental approach, measurements have been done to an ensemble of predetermined points around each identified source in the environment; the data acquired has been processed and analyzed for further comparison with the values obtained from the simulation model. On the theoretical approach, simulation models for the noise from the floor of the generators at the hydroelectric plant at Ilha Solteira have been done, regarding the actual data from the building construction, as well as identified sources of the environment. The software used was CadnaSAK which uses a hybrid method involving virtual image source method, rays’ track and patterning contained in the German standard VDI 3760 to the simulation and achievement of the environment acoustic map. The simulation model has been validated comparing the values acquired through the model with data measured experimentally. The comparison of the values has been done to an ensemble of points previously measured along the analysis step, characterization and identification, with an ensemble of points measured afterwards on three different sections of the floor, far from each other, involving three different generating units. Keywords: Noise. Hydroelectric. CadnaSAK. Simulation.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Ondas Sonoras 30 Figura 2 – Curvas Isoaudíveis 36 Figura 3 – Divisão do som ao encontrar um obstáculo 40 Figura 4 – Ondas acústicas avançando sobre um obstáculo 42 Figura 5 – Recomposição da onda após o obstáculo 42 Figura 6 – Barreira acústica 43 Figura 7 – Efeito na presença de superfícies na directividade 46 Figura 8 – Elemento de área e volume 48 Figura 9 – Esquema das fontes virtuais 53 Figura 10 – Construção das fontes virtuais 53 Figura 11 – Teste de visibilidade 54 Figura 12 – Traçado dos raios da fonte ao receptor 55 Figura 13 – Histograma 55 Figura 14 – Traçado de um raio acústico da fonte ao volume receptor 56 Figura 15 – Propagação de um cone em uma sala retangular 57 Figura 16 – Sobreposição dos cones 58 Figura 17 – Ponderação dos cones 58 Figura 18 – Efeito de estreitamento de raios 59 Figura 19 – Receptor 1 imagem falsa e receptor 2 imagem perdida 59 Figura 20 – Método de raios triangulares 60 Figura 21 – Fluxograma das etapas da dissertação 61 Figura 22 – UHE Ilha Solteira 64 Figura 23 – Identificação dos pontos de medição 64 Figura 24 – Tomada de medição ao lado do regulador de velocidade (LRV) 66 Figura 25 – Histórico no tempo da medida feita dentro da sala amarela – UG01 67 Figura 26 – Valores de pressão sonora (DSA) por bandas de oitava – UG01 67 Figura 27 – Planta baixa – esquema dos pisos 68 Figura 28 – Directividades atribuídas a UG01 69 Figura 29 – Interface inicial do software CadnaSAK 70 Figura 30 – Parâmetros para o modelo de uma UG 71 Figura 31 – Interface gráfica do CadnaSAK 72 Figura 32 – Modelo com apenas uma fonte sonora – UG01 73 Figura 33 – Mapa acústico simulado para duas fontes – UG01 e UG02 74 Figura 34 – Directividades UG01 e UG02 ajustadas 76 Figura 35 – Mapa acústico com directividades ajustadas UG01 + UG02 76 Figura 36 – Mapa acústico simulado para três fontes – UG01, UG02 e UG03 78 Figura 37 – Directividades UG01, UG02 e UG03 ajustadas 80 Figura 38 – Mapa acústico com directividades ajustadas para UG01, UG02 e UG03 80 Figura 39 – Comparação dos dois tipos de reguladores de velocidade 82 Figura 40 – Valores da medida feita ao lado do regulador de velocidade da UG03 82 Figura 41 – Valores da medida feita ao lado do regulador de velocidade da UG05 83

Figura 42 – Comparação dos níveis para os dois tipos de reguladores de velocidade 83 Figura 43 – Piso dos geradores – UG01 a UG20 86 Figura 44 – Layout do piso dos geradores das 20 unidades geradoras 87 Figura 45 – Detalhe de um setor da planta baixa – UG06 88 Figura 46 – Nível acústico das unidades geradoras UG01 a UG20 90 Figura 47 – Nível acústico dos reguladores de velocidade RV05 a RV20 91 Figura 48 – Mapa acústico simulado – UG01 a UG04 92 Figura 49 – Mapa acústico simulado – UG05 a UG08 92 Figura 50 – Mapa acústico simulado – UG09 a UG12 92 Figura 51 – Mapa acústico simulado – UG13 a UG16 93 Figura 52 – Mapa acústico simulado – UG17 a UG20 93 Figura 53 – Comparação dos valores medidos x valores simulados para as 20 UG(s) 95 Figura 54 – Curva dos valores medidos (LTE) UG16, UG17, UG18 e UG19 97 Figura 55 – Mapa acústico simulado com o sistema de ventilação – UG01 a UG04 98 Figura 56 – Mapa acústico simulado com o sistema de ventilação – UG05 a UG08 98 Figura 57 – Mapa acústico simulado com o sistema de ventilação – UG09 a UG12 99 Figura 58 – Mapa acústico simulado com o sistema de ventilação – UG13 a UG16 99 Figura 59 – Mapa acústico simulado com o sistema de ventilação – UG17 a UG20 99 Figura 60 – Comportamento do ruído nos pontos de medição para UG10 e UG15 100 Figura 61 – Montagem do mapa acústico do piso dos geradores – UG01 a UG04 102 Figura 62 – Montagem do mapa acústico do piso dos geradores – UG05 a UG05 102 Figura 63 – Montagem do mapa acústico do piso dos geradores – UG09 a UG12 102 Figura 64 – Montagem do mapa acústico do piso dos geradores – UG13 a UG16 103 Figura 65 – Montagem do mapa acústico do piso dos geradores – UG17 a UG20 103 Figura 66 – Medidas feitas para a UG02, UG08 e UG19 104

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Nível de intensidade sonora 33

Tabela 2 – Nível de potência e pressão sonora de várias fontes 34

Tabela 3 – Velocidade do som x temperatura 37

Tabela 4 – Velocidade do som em diferentes meios 38

Tabela 5 – Atenuação do som para diferentes materiais 39

Tabela 6 – Coeficientes de absorção dos materiais para bandas de oitava 41

Tabela 7 – Coeficiente de absorção do bloco de concreto sem pintura 69

Tabela 8 – Valores de pressão sonora medidos dentro da sala amarela da UG01 70

Tabela 9 – Valores de pressão sonora medidos dentro da sala amarela da UG02 74

Tabela 10 – 2 UGs - Valores simulados x valores medidos – UG01 75


Tabela 12 – 2 UGs - Valores simulados ajustados x valores medidos – UG01 77

Tabela 13 – 2 UGs - Valores simulados ajustados x valores medidos – UG02 77

Tabela 14 – Valores medidos dentro da sala amarela – UG03 78

Tabela 15 – 3 UGs - Valores simulados x valores medidos –UG01 79



Tabela 18 – 3 UGs - Valores simulados ajustados x valores medidos UG01 80



Tabela 21 – Valores atribuídos às fontes para a simulação do mapa acústico 89

Tabela 22 – Comparação dos valores medidos x valores simulados 94

Tabela 23 – Valores atribuídos à fonte associada ao sistema de ventilação 98

Tabela 24 – Valores medidos x valores simulados considerando o sistema de

ventilação 101

Tabela 25 – Valores medidos e simulados em pontos da UG02, UG08 e UG19 104

LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS

�� Atenuação causada pela barreira (dB)

°C Temperatura em Celsius

µPa Micro Pascal

c Velocidade de propagação da onda

CBM Método dos Raios Cônicos

dB Decibel

DPT Dentro do Poço da Turbina

DSA Dentro da Sala Amarela

E Densidade de Energia Acústica

EM Entre Máquinas

EPT Entrada do Poço da Turbina

FPC Frente ao Painel de Controle

FSA Frente à Sala Amarela

Hz Frequência (Hertz)

I Intensidade Acústica (W/m²)

INSS Instituto Nacional de Seguro Social

K Temperatura (Kelvin)

Leq Nível Sonoro Equivalente

LRV Lado do Regulador de Velocidade

LTE Lado do Trafo de Excitação

M Peso Molecular

MISM Método Fonte Imagem Espectral

N Número de Fresnel

NBR Norma Brasileira

NES Nível de Energia Sonora

NHO Norma de Higiene Ocupacional

NIS Nível de Intensidade Sonora

NPS Nível de Pressão Sonora

NR Norma Regulamentadora

P Pressão atmosférica (Pascal)

PAIR Perda Auditiva Induzida ao Ruído

R Distância radial entre fonte e receptor (m)

RBC Rede Brasileira de Calibração

RTM Método do Traçado dos Raios

RV Regulador de Velocidade

TBM Método dos Raios Triângulares

U Velocidade da partícula

UG Unidade Geradora

V Velocidade de propagação do som (m/s)

W Potência (Watts) ΡΡΡΡ Densidade instantânea (kg/m³) � Razão entre pressão e volume constantes. Operador Laplaciano Coeficiente de expansão volumétrica

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 15

1.1 Estudos Relacionados 17

1.2 Objetivos 23

1.2.1 Objetivo Geral 23

1.2.2 Objetivos Específicos 23

2 FUNDAMENTAÇÃO BÁSICA 24

2.1 Equação de Estado 24

2.2 Equação da Continuidade 26

2.3 Equação de Euler 27

2.4 Equação Linear da Onda 27

2.5 Som e Ruído 29

2.5.1 Fontes de Ruído 31

2.6 Intensidade Acústica 32

2.7 Nível de Potência Sonora 34

2.8 Nível de Pressão Sonora 35

2.9 Propagação Livre 36

3 FUNDAMENTAÇÃO ESPECÍFICA DA DISSERTAÇÃO 40

3.1 Propagação com Barreiras em Ambientes Fechados 40

3.2 Directividade 44

3.3 Comportamento do Som em Ambientes Fechados 47

3.3.1 Densidade Acústica em Campo Livre 47

3.3.2 Propagação do Som em Ambientes Fechados 48

3.4 Métodos Numéricos para Modelagem Acústica 52

3.4.1 Método das Fontes Virtuais 52

3.4.2 Método do Traçado dos Raios 55

3.4.3 Métodos Híbridos 56

3.4.3.1 Método dos Raios Cônicos 57

3.4.3.2 Método dos Raios Triangulares 60

3.5 Metodologia 60

4 TESTES PRELIMINARES PARA SIMULAÇÃO DO CAMPO ACÚSTICO 63

4.1 Medição e Identificação das Fontes de Ruído 63

4.2 Simulação do Ruído no Entorno da UG01 68

4.3 Simulação Considerando duas Unidades Geradoras 73

4.4 Simulação Considerando três Unidades Geradoras 77

5 MAPA ACÚSTICO GLOBAL DO PISO DOS GERADORES 84

5.1 Modelagem do Ambiente e Identificação das Fontes de Ruído 84

5.2 Simulação do Mapa Acústico Global do Piso dos Geradores 87

5.3 Teste para Verificar a Representatividade do Modelo 102

6 CONCLUSÃO E PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS 105

REFERÊNCIAS 107

17 1 INTRODUÇÃO

Em nosso dia a dia cada vez mais nos deparamos com ambientes ruidosos. Esses

locais podem ser dos mais variados, abrangendo tanto ambientes externos como internos, por

exemplos, aeroportos, tráfegos rodoviários, ambientes industriais, usinas hidrelétricas entre

outros. O estudo do comportamento acústico, tanto em ambientes abertos como fechados,

vem aumentando significativamente em parte devido às novas demandas e exigências que

buscam obtenção de projetar ambientes cada vez mais silenciosos e confortáveis para o

homem sem agredir a natureza.

A acústica é o ramo da física que estuda a geração, a transmissão e a recepção das

vibrações mecânicas que se propagam em um meio elástico, geralmente o ar. As vibrações

quando se encontram em uma determinada faixa de frequência podem ser ouvidas pelo ouvido

humano e essas vibrações percebidas pelo ouvido humano, dependendo do indivíduo, podem

ser chamadas de som ou ruído.

O estudo da acústica é antigo, pois há 2.500 anos Pitágoras fez estudos sobre

intervalos musicais e suas relações. Além disso, existem relatos bíblicos que demonstram o

uso de conhecimentos acústicos naquela época. A poluição sonora também é conhecida desde

esses tempos, pois já havia relatos de surdez dos habitantes das redondezas das cataratas do

Rio Nilo. Pitágoras (570-496 a.C.) foi o criador do conceito de intervalo de oitavas e suas

subdivisões. Algum tempo depois, Aristóteles (394-332 a.C.) também estudou o som

relacionado com a música e produziu uma coletânea de artigos que tratava da propagação das

ondas sonoras no ar, cujo título foi traduzido para o inglês como “Sound and Hearing”

(NEPOMUCENO, 1994).

O fenômeno da ressonância foi descoberto por Galileu Galilei (1564-1642), ele

verificou que uma corda pode vibrar pela excitação provocada por outra corda próxima que

tenha as mesmas características físicas. Galileu foi quem deduziu as leis completas sobre as

cordas vibrantes, apesar de que essas leis foram atribuídas a Mersenne (1558-1648). Gassendi

(1592-1655), utilizou o disparo de um canhão e de uma espingarda, e provou que a velocidade

do som independe da frequência (grave ou aguda), o que iria contrapor a teoria de Aristóteles

que afirmara que um som agudo se propaga com maior velocidade do que um som grave.

Já no inicio do século XX, havia uma preocupação com o som dos teatros e com a

inteligibilidade dos sons das vozes dos atores, o que impulsionou o estudo da Acústica

Arquitetônica.

A partir da década de 1930, desenvolveram-se as diversas especialidades em Acústica:

a Acústica Fisiológica, a Psicoacústica, a Acústica Médica e a Acústica Arquitetônica.

18 Fletcher e Munson apud Nepomuceno (1994), publicaram estudos sobre a sensibilidade do

sistema auditivo frente às diversas frequências audíveis. Isso resultou nas Curvas Isoaudíveis,

que ainda são utilizadas para equalizar, através de um gráfico, sons e ruídos nas diversas

frequências demonstrando assim sua equivalência em relação à percepção auditiva pelo

ouvido humano.

A partir dos anos 1950, o processo de industrialização cresceu de forma exponencial,

trazendo em seu bojo o aumento populacional das grandes cidades e, consequentemente,

ampliando-se os problemas sócios ambientais. Assim como a poluição do ar, do solo e da

água, causada pela indústria e pela agricultura convencional, a poluição sonora também afeta

a qualidade de vida das pessoas.

O ruído industrial é prejudicial à saúde do trabalhador e vem sendo considerado como

um dos maiores problemas de poluição ambiental, o que tem despertado cada vez mais o

interesse por projetos e pesquisas. No Brasil, a poluição sonora industrial tem crescido muito

nas últimas décadas, causando gravíssimos prejuízos físicos e psicológicos ao homem e

abalando o meio ambiente sonoro (MACHADO, 2001). A qualidade sonora é um dos

pressupostos essenciais para que o meio ambiente fique ecologicamente equilibrado,

consagrado pelo art. 225 da Constituição Federal e por outros dispositivos legais.

Em se tratando de ambientes de trabalho é de suma importância saber que o ruído é o

agente nocivo que prevalece. Estudos indicam que um trabalhador gasta em média 20% a

mais de energia em ambientes ruidosos. As estatísticas do INSS comprovam que o ruído tem

sido um agente causador de doenças, estresse ocupacional e acidentes. Assim, é de

fundamental importância que o ruído esteja controlado no ambiente de trabalho. Por exemplo,

em pesquisas realizadas recentemente, a Organização Mundial de Saúde atestou o

crescimento da poluição sonora no Brasil, tendo sido o país apontado como uma futura nação

de surdos.

A permanência de pessoas em níveis elevados de ruído pode causar

comprometimentos orgânicos diversos, como hipertensão arterial, estresse, aumento de tensão

muscular e incapacidade de concentração. O ruído também é responsável por distúrbios

auditivos temporários e permanentes. A perda de audição induzida por ruído (PAIR) é a única

patologia causada pelo ruído reconhecida pela legislação brasileira. A Norma NBR -10.152

(NB-95) 'Níveis de Ruído para Conforto Acústico' estabelece limites de ruído visando o

conforto ambiental. Para avaliação da insalubridade por ruído em locais de trabalho, a

Consolidação das Leis do Trabalho, na Portaria 3.214, NR-15, estabelece os limites de

exposição ao ruído para trabalhadores brasileiros, visando protegê-los de danos auditivos.

19

É fato que o aumento significativo da liberação de cortisol (hormônio anti-

inflamatório) por si só, já a partir de 70 dB(A) e 50 dB(A), diurno e noturno respectivamente,

indica que o organismo está sujeito a profundas alterações hormonais no sistema reprodutor,

nas funções de crescimento e da tireoide, no eixo metabólico (acrescentando perda de massa

óssea e aumento do tecido adiposo visceral), na função gastrintestinal e imunológica.

Por lei a empresa deve dar pleno cumprimento à legislação vigente que obriga a

elaboração de programa de saúde ocupacional relacionado ao controle dos riscos físicos,

químicos, biológicos e ergonômicos, dentre eles o ruído. Isso torna necessário e urgente que

as empresas adotem o Sistema de Gestão de Ruído Ocupacional para atender a todas as

demandas decorrentes do conjunto de exigências (Portaria nº 3214 de 08 de junho de 1978;

NR1; NR6; NR7; NR9: NR15; NR17) atual, além de gerenciar de forma integrada todos os

procedimentos e subprogramas decorrentes.

Dentro deste contexto, este trabalho tem como objetivo propor o Desenvolvimento

de uma Metodologia para Avaliação e Predição dos Níveis de Ruído em ambientes de Usinas

Hidrelétricas, utilizado ferramentas matemáticas e computacionais que permitem a simulação

e predição do campo acústico do ambiente de trabalho. O modelo de predição a ser

desenvolvido deve reproduzir de forma confiável o comportamento acústico e a propagação

do ruído no ambiente, de foram que o mesmo possa ser utilizado pra fornecer subsídios para o

estudo e a avaliação da segurança e conforto dos trabalhadores.

1.1 Estudos Relacionados

Para o desenvolvimento desse trabalho foi realizado um levantamento bibliográfico

envolvendo a análise de diferentes trabalhos relacionados com o conforto acústico

principalmente de ambientes fechados.

A qualidade acústica de salas, em especial salas de concertos, auditórios e salas de

aula vem sendo estudada desde os anos 70 (BERANEK, 1996; BONGESTABS, 2007; KON,

2001; KUTTRUFF, 1979). Já a preocupação com ambientes industriais passou a ser mais

efetiva a partir da década de 80 quando houve a necessidade de se estudar e controlar mais o

ruído industrial, principalmente, em relação ao conforto dos trabalhadores que ficavam

totalmente expostos a níveis de pressão sonora altíssimos, causando graves problemas

auditivos posteriormente.

A partir da década de 90 a criação de modelos computacionais foi amplamente

utilizada na área de acústica de salas, visando elaborar modelos de simulação numérica para a

propagação do ruído em ambientes fechados, seja esse ambiente uma sala, um teatro, um

20 galpão ou até mesmo uma indústria. A modelagem dos fenômenos acústicos de propagação,

geração e recepção do ruído são objetos de pesquisa em diversos países e a modelagem

computacional é a principal ferramenta para a análise e validação dos modelos propostos

(CHRISTENSEN, 1998; CHUANG; CHENG; 1995).

Atualmente no mercado existem inúmeros softwares utilizados para simulações, entre

eles o CadnaSAK (Datakustik), o Odeon (Bruel & Kjaer) o Raynoise (LMS), que levam a

resultados muito próximos dos valores reais das propriedades, parâmetros e qualidade

acústica do ambiente.

Esses softwares utilizam diferentes métodos para o cálculo do mapa acústico e a

validação de um modelo está sempre condicionada a um conjunto de restrições e parâmetros

que limitam sua aplicação, por exemplo, na acústica de salas os métodos que apresentam bons

resultados para altas frequências podem não apresentar resultados precisos em baixas

frequências, e vice versa. Resumidamente, a acústica de ambientes fechados diz respeito às

investigações, através de medições experimentais, e determinações, através de métodos

analíticos ou numéricos, das propriedades e do comportamento acústico dos ambientes

fechados.

As simulações e métodos numéricos vêm se consolidando como ferramentas poderosas

na previsão do campo acústico de salas, em especial os métodos com base no traçado de raios

e fonte imagem virtual. Os métodos fonte imagem espectral e traçado de raios acústicos com

suas diversas derivações serviram de base para a criação de diversos algoritmos e programas

de computador (SOUZA, 1997). O método da fonte imagem virtual assume que o ruído se

propaga como um raio. Esse raio se comporta como uma onda plana, embora seja considerada

a atenuação devido à divergência esférica, o método considera que a energia emitida pela

fonte sonora é distribuída igualmente entre um número discreto de raios acústicos. O raio, às

vezes chamado de partícula, é emitido de forma determinística ou aleatória conforme o

algoritmo criado. Os raios viajam a velocidade do som e colidem com as superfícies e

obstáculos, onde é refletido de acordo com a lei de reflexão especular. Alguns algoritmos

também permitem a consideração de reflexão difusa. O nível de energia de cada raio diminui

tanto nas reflexões quanto progressivamente devido à absorção do meio. A propagação de um

raio é interrompida quando a energia nele contida não for mais representativa (GERGES,

2000; SOUZA, 1997).

Esses algoritmos também são aplicados em trabalhos e estudos do ruído em ambientes

industriais, que tem como base métodos numéricos tais como o método da fonte imagem,

método de traçado de raios e também métodos híbridos. A literatura mostra vários trabalhos

nesta área.

21 Hodgson (1989), buscando avaliar a precisão do modelo de traçado de raios de um

galpão industrial, compara medições realizadas de nível de pressão sonora experimentais,

obtidas através do modelo, com nove fontes sonoras em operação. O galpão foi modelado

conforme todas suas características reais sendo respeitada sua geometria, a distribuição dos

equipamentos, as posições e as potências sonoras das fontes e o coeficiente de absorção do ar.

Para validar o modelo de simulação, os coeficientes de absorção das superfícies e a densidade

dos equipamentos escolhidos com base em pesquisas anteriores, foram variados até ser

encontrado o melhor resultado da comparação das curvas de propagação sonora medidas e

calculadas. Os níveis de potência sonora das fontes foram determinados usando a técnica de

intensidade sonora por varredura, sendo que em cada medição apenas a fonte em teste estava

em operação. De acordo com o autor o modelo de traçado de raios prediz os níveis de ruído

por todo o galpão, tanto para pontos próximos das fontes e obstáculos quanto para pontos

longes, com boa precisão em relação a medições realizadas experimentalmente, porém,

apresenta limitações em baixas frequências. Neste caso, apresentando menor precisão,

provavelmente devido aos efeitos dos modos acústicos e regiões de sombra acústica pois o

modelo de simulação não leva em conta os efeitos da difração.

Ondet e Barbry (1989) descrevem o Rayscat, este modelo é baseado na técnica de

traçado de raios e leva em conta a geometria real da sala e regiões com diferentes

equipamentos como mobiliários, máquinas, etc. Resultados experimentais demonstrando a

influência da distribuição dos equipamentos nos níveis de ruído são exibidos e foram

utilizados para validação do modelo Rayscat. As conclusões são que as comparações entre os

resultados experimentais e os simulados através do modelo Rayscat são bastante satisfatórias.

Hodgson (1989), com objetivo de contribuir para a avaliação da precisão e

aplicabilidade dos modelos de predições da propagação sonora em salas equipadas, como as

fábricas, salas de aulas e escritórios, compara os resultados da propagação sonora calculados

pelos modelos de método de imagem de Jovicic, Lindqvist, Hodgson, Kurze, Lemire e

Nicolas pela fórmula empírica de Friberg e pelo modelo de traçado de raios de Ondet e

Barbry (1989) com medições experimentais. Essas comparações foram feitas para um modelo

de escala de 1:50 de uma fábrica e em um armazém, sendo, nos dois casos, variada a

densidade de equipamentos que foram distribuídos isotropicamente e com geometria de um

paralelepípedo regular. É ressaltado ainda que as comparações fossem feitas com apenas duas

configurações experimentais e que o estudo representa apenas uma avaliação parcial ou

preliminar destes modelos de predição. As principais conclusões encontradas são que os

modelos de Friberg e de Lemire e Nicolas são incorretos; o modelo de Jovicic e Kurze é de

aplicabilidade limitada, o qual ignora todas as reflexões das paredes verticais; os modelos de

22 Hodgson e Lindqvist aparentemente são precisos em alguns casos. O modelo de Ondet e

Barbry é o de maior precisão em todos os casos estudados, apresentando uma maior

aplicabilidade e flexibilidade, pois aceita qualquer geometria de sala, distribuição da absorção

das superfícies e distribuição dos equipamentos pela sala.

Pleeck e Geest (1995) comentam que as pesquisas no campo da acústica geométrica

emergiram em algoritmos híbridos, como a combinação do Método de Traçado de Raios e o

Método da Fonte Imagem Virtual, dando origem ao Método de Raios Cônicos (CBM) e ao

Método de Raios Triangulares (TBM). Discutem também que predições confiáveis são

alcançadas a partir dos dados de entrada (coeficiente de absorção das superfícies e o nível de

potência sonora das fontes). Neste caso, os coeficientes de absorção dos vários materiais

foram obtidos de fabricantes e da literatura estudada. Os coeficientes utilizados em predições

preliminares foram regulados até uma boa concordância de tempo de reverberação simulado

e medido, sendo os coeficientes encontrados (melhor concordância) os mesmo usados nas

simulações seguintes. As principais conclusões foram de que os programas computacionais

de predição baseados na acústica geométrica, produzem informações valiosas em forma de

mapas de cores, forçando o projetista acústico a se comprometer em procurar medidas de

controle de ruído com maiores detalhes. Além disso, para aumentar a confiabilidade das

simulações por computador das várias opções de controle de ruído, os dados de entrada

devem ser conhecidos com a maior precisão possível.

Souza (1997) estudou o comportamento acústico de uma sala retangular mobiliada e

duas fontes sonoras, através de três modelos, em que um foi baseado na teoria de campo

difuso, outro no Método da Fonte Imagem Virtual e outro em um Método Híbrido de Traçado

de Raios Acústicos. O objetivo foi de estudar estes métodos para utilizá-los na solução de

problemas reais existentes em escritórios, fábricas e outros ambientes que apresentavam

níveis significativos de ruído.

Christensen e Foged (1998) apresentam uma extensão dos métodos de modelagem de

acústica de salas, descrevendo um modelo computacional de um ambiente industrial com

grandes máquinas, para avaliar a validação dos princípios de cálculo usados em grandes

fontes sonoras no Odeon 3.0 Industrial e Odeon 3.0 Combined. Neste caso foi modelado um

corredor de turbina de uma planta de geração de energia, com duas turbinas instaladas e em

operação. Foram comparados resultados dos cálculos com fontes pontuais adicionadas nas

principais partes das turbinas com as fontes planas. Os melhores resultados obtidos foram

para a modelagem das fontes sonoras como as principais fontes planas.

Rindel (2000) discute que, após anos de desenvolvimento, os modelos computacionais

da acústica geométrica tenderam cada vez mais para os métodos híbridos combinando as

23 melhores características dos modelos da fonte imagem e dos modelos de traçado de raios,

levando a consideráveis reduções de tempos de cálculo e simulações. Atualmente os modelos

computacionais de acústica de salas têm grandes vantagens em comparação com modelos em

escala reduzida, se tornando ferramentas confiáveis e eficientes para consultorias acústicas.

Neste artigo é descrito o método hibrido incrementando no software comercial Odeon, o qual

leva em conta a reflexão difusa dos raios sonoros, além de descrever algumas ferramentas do

Odeon, como a visualização dos caminhos das reflexões e respostas em malhas de

microfones. Comenta também a técnica de auralização a qual torna possível ouvir o som de

uma sala por técnicas de simulação, usando a resposta impulsiva para um modelo de sala.

Além disso, comenta que o espalhamento do som pelas paredes parece ser muito importante

em técnicas de simulações de acústica de salas, o que vem criando a necessidade de mais

informações sobre as propriedades de espalhamento dos materiais e das estruturas.

Svensson (2008) comenta que a técnica híbrida, utilizando o método de traçado de

raios e o método da fonte imagem, foi um importante trabalho apresentado por Vorländer

(1989). Zhang (2005), em sua dissertação, discute que, devido à precisão do método da fonte

imagem e à velocidade do método de traçado de raios, os algoritmos híbridos foram bem

sucedidos. Trabalhos como o de Campo, Rissone e Toderi (2000), Howarth e Lam (2000),

XiangYang, Ke-Na e JinCai (2002), Funkhouser (2004), Tenenbaum e Camilo (2004) e

Jeong, Ih e Rindel (2008), entre outros, mostram estudos e avaliações com algoritmos

híbridos.

Sorainen e Kokkola (2000) estudaram a aplicação do programa Odeon no controle de

ruído em uma carpintaria, com aplicação de painéis acústicos de lã mineral e painéis acústicos

de lã mineral com chapa perfurada, instalados em lugares otimizados no teto e nas paredes da

carpintaria, e o enclausuramento de uma das três máquinas plainadoras encontradas na

carpintaria.

Ávila e Ramalho (2009) apresenta uma avaliação do ruído em ambientes industriais

através de modelos computacionais utilizando o CadnaSAK que é um software de simulação

acústica em ambientes fechados. Eles simularam um ambiente industrial fictício com a

presença de dois compressores. Eles buscavam realizar uma comparação do impacto do ruído

gerado pelos equipamentos sobre os operadores no ambiente industrial.

Foi feito diferentes modelos variando a posição das fontes sonoras assim como o nível

da potência dos equipamentos para avaliar diferentes condições industriais.

Magnani (2010) em sua dissertação fez um estudo da atenuação de ruídos por barreiras

acústicas situadas em ambientes fechados, e o método de imagem é empregado para

considerar as múltiplas reflexões nas paredes do recinto. Para o cálculo da atenuação da

24 pressão sonora de uma barreira acústica, são levados em conta, ainda, os efeitos da reflexão,

absorção e transmissão sonora da barreira. Os resultados obtidos no trabalho foram

comparados com os de Wang e Bradley (2001), obtendo resultados aproximados.

O número de trabalhos na área especifica de Usinas Hidrelétricas se mostrou bem

menor em relação às demais áreas e os estudos ainda não estão bem consolidados, mas já

existem alguns trabalhos abordando o efeito do ruído em usinas hidrelétricas. Trabalhos como

“Soluções Numéricas de Controle de Ruído em Usinas Hidrelétricas da CHESF”

(CARDOSO, 2010) e “Implantação de Sistema para a Redução de Ruído na Fonte, Motores

de Grande Potência, em Atendimento a NR-15 na UHE Engenheiro Sergio Motta (Porto

Primavera) – CESP” (PIMENTA et al., 2011) são exemplos de estudos que se assemelham a

proposta deste trabalho que tem como foco principal o desenvolvimento de modelos de

predição que represente o comportamento do campo acústico no ambiente interno de usinas

hidrelétricas. Devido o pouco avanço dos estudos acústicos no interior de Usinas Hidrelétricas

as referências que fazem esse tipo de abordagem foram as que mais serviram de base para o

desenvolvimento desta dissertação, assim como, trabalhos que abordam as técnicas para

desenvolvimento de métodos híbridos, os quais serviram de base para compreender a

implementação desses métodos em softwares comerciais.

A proposta do trabalho envolve um estudo das principais técnicas utilizadas para a

simulação de ruído em ambientes industriais fechados visando à elaboração do mapa do

campo acústico do piso de geradores de uma usina hidrelétrica de grande porte, considerando

o ruído produzido pelos geradores, equipamentos e máquinas auxiliares ali presentes. A

proposta será validada comparando medidas experimentais obtidas na planta real com os

dados das simulações numéricas para que, posteriormente, o modelo possa ser utilizado para

estudos e avaliações dos possíveis locais sujeitos a níveis excessivos de ruído, bem como

simular o efeito da implementação de eventuais ações para a redução de ruído no ambiente.

Adicionalmente, busca apresentar contribuições complementares no campo da acústica de

ambientes industriais, mais especificamente, usinas hidrelétricas.

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo Geral

Estabelecer uma metodologia para elaboração de modelos de predição do campo

acústico do ambiente interno de usinas hidrelétricas que sejam suficientemente

25 representativos para caracterizar o ambiente e o comportamento da propagação do ruído e

possam ser utilizados para estudos e avaliações dos possíveis locais sujeitos a níveis

excessivos de ruído, bem como simular o efeito da implementação de eventuais ações para

redução de ruído no ambiente.

1.2.2 Objetivos Específicos

• Realizar uma rigorosa pesquisa bibliográfica sobre a influência do ruído no indivíduo,

legislação brasileira, mapeamento do ruído, conforto acústico em ambientes fechados e

métodos numéricos para a simulação acústica.

• Elaborar procedimentos de medição para coleta de dados e elaboração de um mapeamento

do campo acústico em hidrelétricas, identificar as principais fontes sonoras bem como as

áreas de níveis de ruído mais elevados.

26 2 FUNDAMENTAÇÃO BÁSICA

Nesse capítulo são abordados conceitos básicos necessários para a compreensão e

acompanhamento do trabalho. Inicialmente são discutidas as equações de estado para um

fluído, bem como a equação da continuidade, equação de Euler e a equação linear da onda.

São definidos conceitos de som e ruído, fontes de ruído, intensidade acústica, nível de energia

sonora e nível de pressão sonora. Por fim, uma breve discussão sobre a propagação livre do

ruído em um ambiente.

2.1 Equação de Estado

A equação de estado para um fluido relaciona as forças internas restauradoras com as

deformações correspondentes. Para um meio fluido a equação de estado deve relacionar três

grandezas físicas, pressão, densidade e temperatura, as quais descrevem o comportamento

termodinâmico do fluido.

A equação de estado para fluidos que se comportam como gás perfeito tem a seguinte

expressão:

P ρr�� (1)

onde, P – é a pressão instantânea em um ponto (Pascal);

� - é a densidade instantânea em um ponto (kg/m³);

� = �� - é uma constante cujo valor depende da constante universal dos gases R e do

seu peso molecular M;

Tk - é a temperatura absoluta (Kelvin);

para o ar � ~ 287 J/kg.K.

Se um gás é submetido a um processo isotérmico, sua equação de estado tem a

seguinte forma:

�� = �

�� (2)

onde,

P0 – é a pressão de equilíbrio do gás

27 ρ0 – é a densidade de equilíbrio do gás.

Os processos acústicos são aproximadamente isentrópicos (adiabáticos e reversíveis),

ou seja, a condutividade térmica do fluido e os gradientes de temperatura na presença de uma

perturbação acústica devem ser suficientemente pequenos para que nenhum fluxo térmico

significativo ocorra durante a perturbação. Desta forma as trocas térmicas entre elementos

adjacentes do fluido podem ser desprezadas. Isso ocorre nas frequências e amplitudes de

interesse em acústica (KINSLER, 1982). O comportamento acústico do fluido para tais

condições é descrito pela equação adiabática de estado:

�� = �

��!" (3)

Na equação 3 γ é a razão entre os valores específicos à pressão e volume constantes.

Se o fluido não se comporta como um gás perfeito, a equação que descreve seu

comportamento é mais complexa. Neste caso, a relação isentrópica entre a pressão e as

flutuações na densidade do fluido é determinada experimentalmente e pode ser representada

através de uma expansão em série de Taylor:

� = �� + %�%�!

&'. (� − ��) + 1

2 *%²�%�²,

&'. (� − ��)- + ⋯ (4)

Se as flutuações são pequenas, somente os termos de ordem mais baixa em (� − ��) são considerados. Assim, obtém-se uma relação linear entre a flutuação de pressão e a

variação de densidade, representada por:

� − �� 0 � − �� !(5)

onde 0 é o módulo adiabático ou coeficiente de expansão volumétrica do fluido, dado por:

0 �� %�%�!&' (6)

28

Kinsler (1982) define a condensação s em um ponto, como a razão entre a variação da

densidade e de seu valor de equilíbrio, 3 &4&'&' , e a pressão acústica p com a variação da

pressão em relação a seu valor de equilíbrio, 5 � − ��. Dessa forma a Equação 5 pode ser

reescrita em termos da pressão acústica p e da condensação s.

5~03 (7)

A Equação 7 é válida sempre que a condensação s possuir um pequeno valor.

2.2 Equação da Continuidade

Para relacionar o movimento do fluido com sua compressão ou dilatação, é necessário

estabelecer uma relação funcional entre a velocidade u da partícula do fluido e sua densidade

instantânea �.

Considere um fluxo de massa através de um elemento de volume infinitesimal de

fluido, fixo no espaço. A equação de continuidade relaciona a taxa de crescimento de massa

no interior desse elemento de volume com o fluxo de massa através da superfície fechada que

o envolve e tem a seguinte expressão:

%�%6 + ∇(�.8) 0(8)

A Equação 8 expressa a lei da conservação da massa. Como a densidade instantânea �

pode ser expressa em função da condensação s, pode-se usar o fato de que �� é uma constante

no espaço e no tempo, e que s é muito pequena. Assim a Equação 8 pode ser expressa como a

equação da continuidade linearizada da seguinte maneira:

%3%6 + ∇. u 0(9)

2.3 Equação de Euler

Para fluidos reais, a existência de uma viscosidade finita e o fato de que os processos

acústicos não são perfeitamente adiabáticos introduzem termos dissipativos. Entretanto, uma

vez que os efeitos da condutividade térmica na equação de estado foram considerados

29 desprezíveis, pode-se também ignorar os efeitos da viscosidade e considerar o fluido como

sendo não viscoso. A equação do movimento para fluidos invíscidos é chamada equação de

Euler, e somente é válida para processos acústicos de pequena amplitude, representada por:

��. %8<6 −=5(10)

2.4 Equação Linear da Onda

Aplicando-se o operador divergente em ambos os lados da Equação 10, obtém-se:

��.∇%8<6 −∇-5(11)

onde,

∇- - é o operador Laplaciano.

Derivando-se a Equação 9 em relação ao tempo e considerando que,

%(=. 8)%6 =. %8%6!(12)

obtém-se,

%²3%6² + ∇. %8%6! 0(13)

As Equações 11 e 13 podem ser combinadas numa única equação, dada por:

∇²5 �� %-3%6- (14) utilizando-se a Equação de Estado 7, chega-se a:

∇²5 1>- %-3%6- (15)

onde a constante c, é definida da seguinte forma:

30

> ?0�� (16)

e é denominada velocidade de propagação da onda acústica no meio.

A Equação 15 é a equação linear de onda para fluidos homogêneos sem perdas. Para

fluídos não viscosos, a velocidade da partícula é irrotacional, ou seja, =. 8 0. Isso significa

que ela pode ser expressa como o gradiente de uma função escalar ∅, denominada potencial

de velocidade:

8 ∇. ∅ (17)

O significado físico deste resultado é que a excitação acústica de um fluido invíscido

não envolve fluxo rotacional, e efeitos como tensões de cisalhamento ou turbulência não estão

presentes. Em fluídos reais, para os quais a viscosidade é finita, a velocidade de partícula não

é irrotacional em todos os pontos do fluido. Entretanto, na maioria dos processos acústicos de

interesse, a presença de pequenos efeitos rotacionais limita-se à vizinhança ao redor dos

contornos e exerce pouca influência sobre a propagação do som.

Fazendo a substituição da Equação 17 na Equação 10, obtém-se:

∇ �� %∅%6 + 5! 0(18)

A expressão entre parênteses na Equação 18 pode ser escolhida nula caso não haja

excitação acústica (KINSLER, 1982). Desta forma, tem-se que:

5 �� %∅%6 (19)

Substituindo-se a Equação 19 na Equação 11, obtém-se a Equação da Onda

Linearizada, expressa em termos do potencial de velocidade da onda acústica:

∇²∅ 1>- %-∅<6- (20)

31 2.5 Som e Ruído

Sons são vibrações de moléculas de ar que se propagam a partir de estruturas vibrantes

e que são transformadas em uma forma de sensação quando nos chegam até os ouvidos. Essa

sensação pode ser classificada como som ou como ruído. Em princípio, o ruído é um som sem

harmonia, em geral de conotação negativa (BISTAFA, 2006). Entretanto, esse julgamento é

subjetivo e dependente do contexto, como será visto adiante.

Nepomuceno (1994) complementa a definição de som como sendo uma vibração

mecânica que se propaga num meio elástico (sólido, líquido ou gasoso), desde que as

frequências que a compõe estejam situadas dentro de uma faixa audível, a qual se encontra

entre 16 e 20 Hz, até 20.000 Hz. Sons abaixo de 16 Hz são chamados infra sons e acima de

20.000 Hz, ultra sons.

Fisicamente, entende-se por som musical o resultado da superposição de ondas

sonoras periódicas ou aproximadamente periódicas, ruídos correspondem a ondas sonoras não

periódicas e que mudam inesperadamente suas características. O som pode ser simples,

quando corresponde a uma única onda harmônica, e, composto, quando se compõe de duas ou

mais ondas harmônicas.

Os ruídos são classificados de acordo com a situação do ambiente acústico no

momento da medição. Assim várias classificações são feitas e que muitas vezes parecem ser

um tanto quanto parecidas. Por exemplo, no campo acústico do piso dos geradores de uma

hidrelétrica é possível identificar inúmeros tipos de ruído, como o ruído ambiente, que é

superposição de vários ruídos que propagam naquele local, normalmente de naturezas

diferentes e origens distintas, próximas ou remotas, porém nenhum deles é objeto de interesse,

ou consideração especifica (BISTAFA, 2006). O ruído específico que é o ruído da fonte sob

investigação é uma componente do ruído do ambiente e pode ser identificado e associado a

uma fonte específica (NAGEM, 2004), o ruído de fundo é o conjunto de sons e ruídos que

ocorrem conjuntamente com o fato de ser objeto de interesse, ou considerações específicas

(BISTAFA, 2006). Na NBR 10.151 (2000), o ruído de fundo é chamado de ruído ambiente,

definido pelo nível de pressão sonora na ausência do ruído gerado pela fonte sonora em

questão. Gerges (2000), afirma que para a fonte de interesse ser percebida, ela deve estar no

mínimo 3dB acima do nível de fundo, caso contrário, a mesma é mascarada.

Além destas classificações citadas o ruído ainda pode ser classificado, com relação às

suas características temporais. Para Souza (1997), o ruído estacionário acontece quando o

som emitido não sofre grandes variações com o tempo. Por exemplo, o ruído emitido por

uma hidrelétrica, esse tipo de ruído também pode ser chamado de ruído continuo, de acordo

32 com definições da Brüel e Kjaer (2000). O ruído contínuo é aquele produzido por alguns

tipos de máquinas que operam interruptamente, como por exemplo, ventiladores e bombas

elétricas e pneumáticas, tais equipamentos são auxiliares no campo acústico de uma

hidrelétrica e estão em constante funcionamento. Outro tipo de ruído existente no campo

acústico da hidrelétrica é o ruído intermitente, principalmente em máquinas paradas onde

normalmente ocorrem manutenções e o nível de ruído cresce e decresce rapidamente durante

o período de observação. Fritsch (2006) relata que o nível de pressão sonora deve cair ao

valor de fundo e que deve permanecer constante acima deste valor na ordem de segundos ou

mais.

Durante as medições observou-se um ruído impulsivo nas máquinas em manutenção,

de acordo com a (NBR 10.151, 2000) ruídos impulsivos são picos de energia acústica com

duração menor do que um segundo e que se repete a intervalos maiores do que um segundo,

como exemplo de geração desse tipo de ruído aparece martelos hidráulicos, bate estacas,

tiros, explosões, etc.

A Figura 1 mostra a diferença entre os dois tipos de onda apresentados. Na primeira

notamos um som simples, uma harmônica. Na segunda forma de onda podemos dizer que é

um ruído seja ele de uma máquina, um motor, etc.

Figura 1 - Ondas Sonoras

Fonte: Elaboração do próprio autor

2.5.1 Fontes de Ruído

As fontes de ruído são classificadas quanto as suas características de mobilidade,

direção ou geométricas. Segundo Fritsch (2006), em se tratando de mobilidade as fontes de

ruído podem ser fixas ou móveis, as fontes fixas são normalmente encontradas em indústrias,

construções civis, bares, boates, templos religiosos. Enquanto as fontes móveis na maioria dos

casos são veículos, tais como: automóveis, caminhões, motocicletas, aeronaves.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-1

-0.5

0

0.5

1

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-3

-2

-1

0

1

2

3

33

Podem ser omnidirecionais ou direcionais quando classificadas por sua direção. São

omnidirecionais quando a energia sonora se dissipa radialmente e o nível de pressão sonora é

o mesmo em todos os pontos a uma mesma distância da fonte (NAGEM, 2004). São

direcionais quando a fonte apresenta direções preferenciais de radiação. As 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. Neste caso, a pressão

sonora gerada a uma mesma distância da fonte será diferente em direções diferentes

(NAGEM, 2004).

As fontes podem ainda ser pontuais, lineares, pontuais em linha e planas se tratando de

sua geometria. As fontes pontuais são aquelas que têm dimensões menores que a distância

fonte-receptor e que as condições de propagação de diferentes partes da fonte até o receptor

são essencialmente as mesmas (BISTAFA, 2006). São lineares aquelas fontes pequenas em

uma direção e grandes na outra se comparadas com a distância até o receptor, podendo ser

uma simples fonte, como um longo cano transportando um fluido turbulento, ou pode ser

composta por várias fontes pontuais operando simultaneamente, tal como um fluxo de

veículos em uma rua (BRÜEL; KJAER, 2000). O som se dissipa cilindricamente e o nível

sonoro é o mesmo para todos os pontos a uma mesma distância do eixo da(s) fonte(s). Podem

ser pontuais em linha, como por exemplo uma linha de máquinas idênticas (GERGES, 2000).

Uma fonte também pode ser classificada como plana quando a transmissão do ruído

ocorre através de uma superfície, como por exemplo, uma porta ou parede. Entretanto esta

classificação é um tanto quanto subjetiva, variando com a escala do problema em questão.

Uma indústria, por exemplo, pode ser classificada como uma fonte plana, dentro do contexto

de um bairro, ou como fonte pontual quando estudada em contexto mais amplo (NIEMEYER;

SLAMA, 1998 apud FRITSCH, 2006).

2.6 Intensidade Acústica

O Nível de Intensidade Acústica ou Nível de Intensidade Sonora é percebido pelo

ouvido humano de formas diferenciadas, conforme a frequência na qual é emitido. Ou seja, a

sua percepção é variável em relação a cada uma das frequências sonoras emitidas. Um

receptor, como o ouvido humano, responde a uma Intensidade Acústica e esta é encontrada

dividindo-se a potência da fonte pela área na qual o som se propaga. Sabe-se que uma esfera

de raio ‘r’ tem área de superfície de ‘4πr²’. Então a expressão para Intensidade Acústica

Esférica ou propagação em campo esférico é dada pela Equação 21.

34

A = B4C�- (21)

onde,

W - é potência da fonte sonora em Watts

r - é a distância radial da fonte até o receptor, medida em metros.

Portanto, conclui-se que a Intensidade Acústica decai com o quadrado da distância da

fonte. O âmbito das intensidades sonoras, às quais o ouvido responde, é muito amplo. Por

exemplo, para 1 kHz (1.000 ciclos por segundo) o limiar da audibilidade está situado nos 104D-W/m², enquanto que a intensidade na qual o ouvido começa a doer (limiar da dor) é

aproximadamente de 1 W/m² (DE MARCO, 1982).

Dessa forma, com uma faixa de valores de intensidade tão ampla, seria realmente

muito difícil operar com tais unidades. Por isso, baseando-se nas concepções de Weber e

Fechner (apud STEVENS, 1968), de que para possuir incrementos iguais de sensação sonora

necessitam-se incrementos exponenciais da excitação, criou-se o Nível de Intensidade Sonora

(NIS). Convém aqui lembrar que a sensação que é percebida do som, loudness, pode ser

chamada de volume sonoro. O volume sonoro (loudness) é a sensação do som na percepção

do observador, do receptor. É um conceito subjetivo, ao contrário da grandeza mensurável,

intensidade, que pode ser avaliada em termos físicos, por instrumentos de medição. O volume

sonoro (loudness) aumenta com a intensidade, mas não existe entre eles uma relação linear

simples.

Conforme Bies e Hansen (1996), a escala logarítmica dispõe uma maneira

conveniente de comparar a pressão sonora de um som com outro e para evitar uma escala

muito comprimida, um fator de 10 é utilizado, originando o decibel.

Em 1860, durante um trabalho de pesquisa na área da psicofísica, foi percebido que 50

dB não era a metade de 100 decibéis (STEVENS, 1968), 50 dB se aproxima a uma conversa

em voz baixa ou o barulho em uma sala de leitura; já 100 dB equivale ao barulho de um avião

a jato numa altitude de 300m. Na verdade, a altura do volume de 100 dB é cerca de 30 vezes

maior do que a de 50 dB. Conhecida como lei de Weber-Fechner, a intensidade de uma

sensação sonora é proporcional ao logaritmo do estímulo físico que a produziu, representada

pela Equação 22.

EAF 10. GHID� AAJKL (dB)(22)

35

Então, quando I for igual a AJKL, ou seja, quando a intensidade do som estiver no limiar

da sensação (104D-), o NIS = 10.GHID� OOPQR = 10.log1 = 0 (dB). Se I for igual ao dobro de

AJKL, o Nível de Intensidade Sonora (NIS) encontrado será de 3dB. Pode-se conferir isso tanto

usando a expressão acima como observando os valores diretamente na Tabela 1.

Tabela 1 - Nível de intensidade sonora

Intensidade Nível de Intensidade Sonora

1.Iref 0 dB

2.Iref 3 dB

4.Iref 6 dB

8.Iref 9 dB

16.Iref 12 dB


Então, quando a intensidade do som é dobrada, o nível de sensação é aumentado em 3

dB, o que leva a entender por que a redução de um elevado nível sonoro através do processo

de isolamento é tão difícil, e por que uma razoável diminuição da intensidade provoca uma

redução de poucos decibéis, quando se trata da percepção do nível de sensação sonora.

Cabe aqui ressaltar que 0 dB não significa uma completa ausência de som; somente

que a medida de intensidade é a mesma que a do nível de referência, conforme demonstrado

anteriormente, e que em boas condições, pode-se ouvir alguma coisa em torno de – 5 dB (5dB

negativos) numa faixa de frequência de 3.000 Hz.

2.7 Nível de Potência Sonora

O Nível de Potência Sonora, assim como a Intensidade Acústica possuem uma faixa

de valores muito ampla. Para se ter uma ideia, a mais alta voz humana pode produzir uma

Energia Acústica em torno de 1 miliwatt (0,001 W), equivalente a uma Intensidade Acústica

de 8x104V W/m² a uma distância de 1 metro. E, claro, o ouvido humano pode responder a

intensidades muito mais baixas do que isso na maioria das frequências sensitivas. Um avião a

jato pode produzir uma energia acústica de 100 kW e isso é somente uma porcentagem da

energia total produzida pelo seu motor. Para concorrer com essa extensa faixa de atuação,

uma escala de nível logarítmico é novamente utilizada. O Nível de Potência Sonora ou Nível

de Energia Sonora é dado por:

36

EWF 10 logD� BBJKL (dB)(23)

sendo que a potência de referencia (BJKL) é dada como 104D- Watts.

Harrington (2000) considera importante notar que o Nível de Potência Sonora é uma

propriedade inerente da fonte que produz o som. Ela pode ser a mesma em todas as direções

(onidirecional) ou pode ter diferentes valores em torno da superfície da fonte. A Tabela 2

apresenta diversos valores de potência sonora para diferentes tipos de fontes, bem como os

valores de pressão sonora na escala logarítmica representado em dB(A).

Tabela 2 - Nível de potência e pressão sonora de várias fontes

Fonte Potência (W) Nível de Pressão Sonora

dB(A)

Motor de Foguete 100000000 200

Oficina com tornos

automáticos 1000000 160

Trituradora de pedras 100000 150

Moinho de elementos

químicos 10000 140

Grupo gerador hidráulico 1000 130

Fundição 10 120

Compressor 1 110

Forja 0,1 100

Marteladeira 0,01 90

Dobradora de papel 0,001 80

Escritórios 0,0001 70

Fábricas 0,00001 60

Rua Silenciosa 0,000001 50

Habitação familiar 0,0000001 40

Estudio de televisão 0,00000001 30

Estudio de rádio 0,000000001 20

Fonte: Adaptado de López (1999)

2.8 Nível de Pressão Sonora

O estimulo físico que mais se relaciona com a sensação de som é a pressão sonora.

Para se determinar o nível sonoro (em dB) é necessário que se conheça, ou o valor de sua

pressão sonora P (N/m²), ou a sua intensidade acústica. Conforme anteriormente afirmado, a

37 frequência em que o som é emitido não interfere no Nível de Pressão Sonora (NPS). Seja essa

frequência de som grave, médio ou agudo, pois o som está relacionado com a amplitude da

pressão:

E�F = 20 logD��

(dB)(24)

onde,

P0 - é a pressão sonora de referência (2 x 104V N/m²).

Conhecendo-se a intensidade acústica, a pressão sonora pode ser obtida através da

relação:

A �-�> (25)

onde,

ρ - é a densidade do meio

c – é a velocidade de propagação da onda nesse meio.

Para os instrumentos de medição do nível de som, que em sua maioria são ajustados

para apresentar uma resposta linear, não importa qual a frequência do som, apresentam o

mesmo número de decibéis para sons de igual amplitude de pressão sonora, mesmo que suas

frequências sejam diferentes (GONZALEZ, 1990). O ouvido humano, entretanto, apresenta

uma sensibilidade diferente para cada frequência. Assim, um som grave será percebido como

se fosse menos intenso do que um som médio de mesmo nível de pressão sonora.

Ou seja, para o ouvido humano, sons de frequências diferentes soam com intensidade

de níveis sonoros diferentes. Portanto, o nível é uma indicação física da amplitude, ao passo

que a audibilidade é uma indicação subjetiva, variando de um indivíduo para outro. A Figura

2 mostra as curvas isoaudíveis de resposta do ouvido humano em fones.

38

Figura 2 – Curvas Isoaudíveis

Fonte: Fernandes (2002)

2.9 Propagação Livre

O som, como já afirmado anteriormente, necessita de um meio elástico para se

propagar. Esse meio pode ser o próprio ar, um líquido como a água, ou qualquer meio sólido

como uma parede de uma construção, uma barra de ferro, uma viga de concreto ou outro

material. A propagação do som ao ar livre é afetada pela atenuação ao longo de seu caminho

de transmissão e deve ser estimada através das correções aditivas como as absorções

existentes no ar, as reflexões, os efeitos da topografia do solo, das condições atmosféricas

(umidade relativa do ar e gradientes de temperatura), dos obstáculos (barreiras, edificações e

vegetação), do vento, da absorção do solo (GERGES, 2000).

A propagação do som no ar se dá a partir da fonte geradora com a formação de ondas

esféricas. Essas ondas terão um comprimento de onda λ, e uma velocidade de propagação. A

velocidade de propagação do som depende da densidade e da pressão do ar e pode ser

calculada pela Equação 26,

[ ?1,4. �]^ (26)

onde,

P - é a pressão atmosférica

D - é a densidade no SI.

39

É levado em consideração que a densidade do ar é bastante influenciada pelo vapor

d’água, porém o fator que mais influência na velocidade do som é a temperatura. De uma

maneira aproximada e simplificada entre -30°C e +30°C, podemos calcular a velocidade do

som em função da temperatura pela seguinte Equação,

[ 331,4 + 0.607. 6(27)

onde,

V - é em m/s e t em °C (Celsius).

A seguir as Tabelas 3 e 4 mostram a velocidade de propagação do som no ar em

função da temperatura e a velocidade do som para diferentes meios respectivamente,

supondo-se uma umidade relativa de 50%.

Tabela 3 - Velocidade do som x temperatura Graus Celsius Velocidade do Som (m/s)

-20 319 -10 326 0 332

10 338 20 344 30 355


Tabela 4 - Velocidade do som em diferentes meios Ar a 0° C 331 m/s

Ar a 15° C 340 m/s Água do mar 1435 m/s

Cobre 3560 m/s Ferro 4480 m/s Aço 5941 m/s

Granito 6000 m/s Fonte: Fernandes (2002)

Teoricamente o som se propaga em forma de ondas esféricas a partir de uma fonte

pontual. Duas situações podem dificultar este modelo simples: a presença de obstáculos na

trajetória de propagação e, em campo aberto, a não uniformidade do meio, causada por ventos

e/ou gradientes de temperatura (GERGES, 2000).

O som ao se propagar sofre uma diminuição na sua intensidade, causada por dois

fatores. O som ao se propagar no ar livre em forma de ondas esféricas tem a sua área de

40 propagação aumentada, em função do aumento da área da esfera. Como a energia sonora

(energia de vibração das moléculas de ar) é a mesma, ocorre uma diluição dessa energia,

causando uma atenuação na intensidade sonora. Portanto a cada vez que dobramos a distância

da fonte, a área da esfera aumenta quatro vezes, diminuindo a intensidade sonora em quatro

vezes, ou 6 dB.

Uma outra forma que o som sofre diminuição de intensidade é a chamada perdas

entrópicas, ou seja, sempre que se aumenta a pressão de um gás, a sua temperatura aumenta,

ao se expandir um gás a temperatura diminui. Numa onda acústica, onde acontecem

sucessivas compressões e rarefações, ocorrem pequenos aumentos e diminuições na

temperatura do ar.

Pela 2ª Lei da Termodinâmica, sempre que se realiza uma transformação energética,

acontece uma perda, ou seja, parte da energia se perde em forma de calor, é a chamada perda

entrópica. Assim, na propagação do som, parte da energia se transforma em calor, essa

atenuação depende da frequência do som, da temperatura e da umidade relativa do ar.

Dessa forma é importante sempre lembrar que a atenuação do som na propagação:

• É diretamente proporcional à frequência, ou seja, o som agudo "morre" em

poucos metros, enquanto que o som grave se pode ouvir a quilômetros;

• É inversamente proporcional à temperatura;

• É inversamente proporcional à umidade;

• A poluição do ar, principalmente o monóxido e dióxido de Carbono, são

muito absorventes, atenuando bastante o som;

• Não sofre influência da pressão atmosférica.

E que a velocidade do som na propagação:

• É diretamente proporcional à temperatura;

• É diretamente proporcional à umidade;

• Não sofre influência da pressão atmosférica;

• Não varia com a frequência.

Portanto, na propagação, o ar oferecendo maior resistência à transmissão de altas

frequências, causa uma distorção no espectro de frequências. Por isso que, nos sons

produzidos a grandes distâncias, ouve-se com maior nível os sons graves, ou seja, os sons

agudos são atenuados na propagação. A Tabela 5 mostra valores de atenuação em dB para

diferentes tipos de materiais.

41

Tabela 5 - Atenuação do som para diferentes materiais

Material Espessura [cm] Atenuação [dB]

Vidro 0,4 a 0,5 28

Vidro 0,7 a 0,8 31

Chapa de Ferro 0,2 30

Concreto 5 31

Concreto 10 44

Gesso 5 42

Gesso 10 45

Tijolo 6 45

Tijolo 12 49

Tijolo 25 54

Tijolo 38 57


Os valores de atenuação apresentados na Tabela 5 são definidos por valores

equivalentes de atenuação, entretanto cada material possui uma melhor atenuação em uma

faixa de frequência específica.

42 3 FUNDAMENTAÇÃO ESPECÍFICA DA DISSERTAÇÃO

Neste capítulo são abordados os conceitos referentes à propagação do ruído em

ambientes fechados, como reflexão, refração, difração e absorção, e é feito uma breve

discussão sobre os métodos numéricos para modelagem acústica do ambiente, tais como:

método da fonte virtual, método de traçado de raios e métodos híbridos. E por fim é mostrado

a metodologia utilizada no trabalho.

3.1 Propagação com Barreiras em Ambientes Fechados

Quando uma superfície é interposta no avanço de uma onda sonora, esta se divide em

várias partes. Uma parte é refletida, outra é absorvida e outra atravessa a superfície

(transmitida). Na Figura 3 segue um esquema da divisão do som ao encontrar um obstáculo.

Figura 3 - Divisão do som ao encontrar um obstáculo


A figura mostra a presença de um som incidente onde parte deste som é refletido, ou

seja, se uma onda sonora que se propaga no ar encontra uma superfície sólida como obstáculo

a sua propagação, esta é refletida segundo as leis da reflexão ótica. A reflexão em uma

superfície é diretamente proporcional à dureza do material. Paredes de concreto, mármore,

azulejos, vidro, etc. refletem boa parte do som incidente. Um ambiente que contenha paredes

com muita reflexão sonora, sem um projeto acústico aprimorado, terá uma péssima

inteligibilidade da linguagem. É o que acontece, geralmente, com grandes igrejas, salões de

clubes, etc.

A análise da Figura 3 mostra que uma parte do som incidente foi absorvida pelo

obstáculo, isso acontece porque todos os materiais possuem suas próprias características e um

43 coeficiente de absorção específico, ou seja, quanto maior o coeficiente de absorção maior será

a energia acústica absorvida pelo material.

Os materiais absorventes acústicos são de grande importância no tratamento de

ambientes. A dissipação da energia sonora por materiais absorventes depende

fundamentalmente da frequência do som, sendo normalmente grande para altas frequências e

caindo para valores muito pequenos para baixas frequências. Existem dois processos de

absorção no ar. Um que é chamado de absorção clássica (processo macroscópico), que é a

energia extraída da onda sonora pelo atrito viscoso entre as moléculas de ar e por condução do

calor durante o ciclo de pressão. E o outro, conhecido como relaxamento molecular (processo

microscópico), que ocorre a partir da dissipação de energia durante o processo de relaxamento

vibratório das moléculas existentes no gás poliatômico que “é formado por oxigênio e

hidrogênio molecular, traços de outros gases, inclusive vapor de água, e dióxido de carbono”

(BISTAFA, 2006).

Na Tabela 6 é possível notar os coeficientes de absorção para diferentes materiais em

diferentes faixas de frequências.

Tabela 6 - Coeficientes de absorção dos materiais para bandas de oitava

Material 125 [Hz]

250 [Hz]

500 [Hz]

1000 [Hz]

2000 [Hz]

4000 [Hz]

Lã de rocha 0,42 0,66 0,73 0,74 0,76 0,79 Lã de vidro solta 0,29 0,55 0,64 0,75 0,80 0,85

Feltro 0,20 0,55 0,64 0,75 0,80 0,85

Piso de tábuas de madeira sobre vigas

0,15 0,11 0,10 0,07 0,06 0,07

Placas de cortiça sobre concreto

0,20 0,30 0,30 0,40 0,40 0,40

Tapete de lã 0,20 0,25 0,35 0,40 0,50 0,75 Concreto Aparente 0,10 0,10 0,20 0,20 0,20 0,30

Bloco de concreto não pintado

0,35 0,45 0,30 0,30 0,40 0,25

Vidro 0,35 0,25 0,18 0,12 0,07 0,04

Cortina de algodão com muitas dobras

0,07 0,31 0,49 0,81 0,61 0,54

Fonte: Adaptado de Fernandes (2002).

Existe também o fenômeno de transmissão do som que é a propriedade sonora que

permite que o som passe de um lado para outro através de uma superfície, continuando sua

propagação. Fisicamente, o fenômeno apresenta as seguintes características, a onda sonora ao

atingir uma superfície, faz com que ela vibre, transformando-a em uma fonte sonora. Assim, a

44 superfície vibrante passa a gerar som em sua outra face. Portanto, quanto mais rígida e densa,

ou seja, quanto mais pesada for à superfície menor será a energia transmitida.

Outro fenômeno que procura explicar como ondas sonoras conseguem se desviar ao

encontrar um obstáculo é a difração. A difração é a propriedade do movimento ondulatório de

contornar obstáculos. Assim, conclui-se que o som pode se propagar por todo um ambiente

através de uma abertura. Ele contorna o obstáculo e se propaga conforme exemplificado nas

Figuras 4 e 5.

Figura 4 - Ondas acústicas avançando sobre um obstáculo

Fonte: Adaptado Fusinato (2005)

Figura 5 - Recomposição da onda após o obstáculo

Fonte: Adaptado Fusinato (2005)

Quando uma onda sonora passa de um meio de propagação para outro ela sofre uma

mudança de direção, esse fenômeno é conhecido como refração. A refração encurva os raios

sonoros na direção de menor velocidade de propagação, (BISTAFA, 2006). Essa alteração de

direção é causada pela variação da velocidade de propagação que sofre a onda. A temperatura

é o principal fator que influência na mudança de direção da onda sonora, dando origem à

refração da onda.

45

Para o estudo de um campo acústico o fenômeno de mascaramento é muito comum.

Na audição simultânea de dois sons de frequências distintas, pode ocorrer que o som de maior

intensidade supere o de menor, tornando-o inaudível ou não inteligível. É comum se dizer que

houve um mascaramento do som de maior intensidade sobre o de menor intensidade. O efeito

do mascaramento se torna maior quando os sons apresentam frequências próximas.

A presença de barreiras no caminho de propagação do som forma a chamada zona de

sombra acústica, sendo maior para barreiras altas e em altas frequências conforme

esquematiza a Figura 6. O ruído atinge o topo da barreira, contornando-a e gerando uma

sombra acústica atrás da barreira.

Figura 6 – Barreira acústica

Fonte: Gerges (2000)

A atenuação obtida depende da altura da barreira, da distância que está da fonte ou do

receptor e do comportamento de onda acústica, quanto mais alta a barreira e quanto maior a

frequência, maior será a atenuação. Essas variáveis são representadas por um parâmetro

adimensional, o número de Fresnel, dado pela Equação 28.

E <L_ + <J_ − <LJ2̀ (28)

onde,

N – número de Fresnel,

dfb – distância entre a fonte até a ponta da barreira em (m),

drb – distância entre o receptor até a ponta da barreira em (m),

dfr – distância entre a fonte e o receptor em (m),

λ – comprimento de onda acústica em (m).

46 Para barreiras longas, ou seja, para que as difrações que ocorrem pelas laterais da

barreira sejam desprezíveis, a atenuação da barreira pode ser expressa pela Equação 29.

a_bJJKcJb defeg 20 log h √2. C. Etanm√2. C. Eno + 5<p ≥ 0 rH�s<sFHtu�s20vD log h √2. C. Etanmv-√2. C. Eno + 5<p ≤ 0 ]xy6�H<sFHtu�s

z (29)

onde,

Abarreira - atenuação causada pela barreira em (dB)

N - número de Fresnel

C1 - constante dependente da fonte

C2 - constante dependente da fonte

Em alguns casos, a adição de mais uma barreira (duas barreiras sucessivas entre a

fonte e receptor) gera uma atenuação adicional que pode ser calculada multiplicando-se o

número de Fresnel da barreira mais eficaz pelo fator 1 + {V|}~ �^��{V|}~ �^, onde λ é o comprimento de

onda do ruído e Z é a distância entre as barreiras.

3.2 Directividade

Fontes reais dificilmente irradiam som de forma igual em todas as direções, elas são,

por exemplo, limitadas pelo chão, obstáculos, paredes e outros (GERGES, 2000). Para a

elaboração de um modelo de simulação é necessário dar uma atenção especial para a

directividade das fontes, portanto, é necessário primeiramente avaliar o índice de

directividade da fonte, o índice de directividade é definido como:

]A(�) = 10 log �� (30)

onde,

Qθ - é o fator de directividade, definido por,

�� = A(�)A (31)

47 A(�) é a intensidade na direção � e à uma distância r da fonte, descrita por,

A(�) �-(�)�> (32)

e a variável I é a potência da fonte por unidade de área,

A B4C�- �-�> (33)

rearranjando as Equações 31 a 33 tem-se para uma fonte em campo livre o fator de

directividade dado por,

�� -(�)�- (34)

O nível de pressão sonora NPS (�) na direção � em campo livre a distância r, pode ser

então expresso por,

E�F(�) EBF + ]A(�) − 20 log � − 11(35)

Para fonte omnidirecional em campo livre, o nível de pressão sonora (NPS) que será

produzido a uma distância ‘r’ por uma fonte gerando ruído uniformemente em todas as

direções é dado pela Equação 36. Neste caso a propagação de onda é esférica e o fator de

directividade é Qθ =1

E�F EBF + 10 log 14C�-!(36)

ou

E�F EBF − 20 log � − 11(37)

Para exemplificar o efeito da directividade imagine uma fonte omnidirecional

colocada em um campo livre, e um microfone ou um receptor a uma determinada distância

48 medindo o nível de pressão sonora da fonte. Para uma dada potência acústica nota-se

experimentalmente que para cada superfície refletora colocada próximo a fonte, há um

aumento de 3 dB no nível de pressão sonora medido. A Figura 7 mostra o efeito da presença

das superfícies na pressão sonora irradiada pela fonte.

Figura 7 – Efeitos na presença de superfícies na directividade

Fonte: WLM – Sonorização ambiental

Para uma fonte fixa no chão como no caso 2 da Figura 7, as ondas de propagação são

semi esféricas e a energia sonora se propaga através de uma área de valor de 2C�- sendo o

fator de directividade neste caso �� 2 e ]A(�) 3 dB.

No caso de uma fonte pontual posicionada na intercessão de duas superfícies rígidas

infinitas, tem-se a propagação através de uma área de C�- e então �� 4 e ]A(�) 6 dB,

Figura 7-3.

Para o caso de uma fonte pontual localizada no vértice, ou seja, na intercessão de três

superfícies rígidas infinitas, como no caso mostrado na Figura 7-4, tem-se �� 8 e ]A(�) 9 dB.

A relação entre nível de pressão sonora NPS1 na distância r1 e NPS2 na distância r2 é

dada por,

E�FD − E�F- 20 log �D�- (38)

Dessa forma, tem-se 6dB de caimento do nível de pressão sonora para cada

duplicação da distância em relação a fonte.

49 3.3 Comportamento do Som em Ambientes Fechados

Para avaliar o problema do ruído no ambiente interno de indústrias e elaborar mapas

acústicos e modelos de simulação que represente de forma coerente o campo acústico do

ambiente, é necessário entender como o ruído se comporta em meios fechados. Para isso,

diversas variáveis, como geometria do ambiente, absorção, reflexão e características das

fontes sonoras devem ser analisadas, assim como as relações de contribuições sonoras

estabelecidas entre elas.

3.3.1 Densidade Acústica em Campo Livre

As energias envolvidas na propagação das ondas acústicas em meio fluido são de duas

formas, a energia cinética das partículas em movimento e a energia potencial do fluído

comprimido (GERGES, 2000).

A densidade de energia acústica ou intensidade acústica pode ser escrita conforme a

Equação 39:

� �-��>- (39)

onde,

P - é a pressão sonora efetiva.

A densidade acústica produzida por uma fonte sonora omnidirecional em campo livre

é dada por:

� B4C�²> (40)

Considerando o efeito da directividade da fonte, a densidade acústica passa a ser igual

a (W/4πr²).Q, logo:

� = B�4C�²> (41)

50 3.3.2 Propagação do Som em Ambientes Fechados

Quando uma fonte sonora, dentro de um recinto, opera continuamente, o que impede

que a pressão sonora cresça infinitamente são as absorções das superfícies do ambientes e a

absorção existente pelo próprio ar. Usualmente, para a avaliação do som em recintos

fechados, desconsidera-se a absorção do ar, desta forma, somente a absorção das superfícies

influência no incremento e no valor máximo da pressão sonora. Em um local com alta

absorção sonora, o estado estacionário da energia acústica é atingido rapidamente, nestes

ambientes predominam o som direto da fonte. Por outro lado, em ambientes com pouca

absorção um tempo bem maior é necessário para que a amplitude da pressão sonora atinja o

valor máximo. Nestes ambientes os sons produzidos pelas reflexões são predominantes

(KINSLER, 1999).

O som produzido pela fonte sonora é emitido em várias direções. Ao atingir uma

superfície parte do som é absorvida e parte é refletida. Após inúmeras reflexões a sala torna-

se difusa. Exceto nos locais próximos às fontes ou às superfícies absorventes, para efeito de

análise, pode-se assumir que a densidade de energia E é a mesma em todo o espaço e todas as

direções de propagação são igualmente prováveis. Assumindo esta condição, na Figura 8

Kinsler (1999) estabelece as seguintes relações para determinar a intensidade sonora no

campo difuso. Figura 8 – Elemento da área e volume

Fonte: Kinsler (1999)

Considerando, para este modelo, que a densidade de energia acústica ε é uniforme, a

intensidade ou energia acústica presente em dV é εdV. Sendo a projeção do elemento de área

na esfera de raio r igual a ∆Scos� e a área da esfera 4πr², então a razão ∆Scos� /4πr²

representa a fração de área com incidência direta da energia εdV incidente em dS por

transmissão direta.

51

Desta forma, parte da energia em dV incidente em ∆S, e ∆E é dada pela Equação 42.

∆W = �<[4C�-! ∆F >H3 � (42)

Supondo, agora, que dV é parte de uma esfera de espessura ∆r e raio r com centro em

∆S, tem-se dV = 2πrsenƟ∆rrd�, onde 2πrsen� é o perímetro da circunferência, rd� a base do

anel e ∆r a espessura. Desta forma, a Equação 42 torna-se:

�W = �∆F∆�2 � 3xy�>H3��/-

�<� = �∆F∆�4 (43)

Considerando que ∆t = ∆r/c é o intervalo de tempo necessário para a energia chegar

até a superfície, a Equação 43 pode ser reescrita como:

<W<6 �∆F>4 (44)

logo a razão dE/dt por unidade de área é dada por,

<W<6 �>4 (45)

Se a absorção total das superfícies da sala é A, a parte da energia absorvida é definida

por Aεc/4. A energia absorvida pelas superfícies somada à parcela Vdε/dt é igual à potência

gerada na sala. A Equação 46 determina os valores da energia sonora na sala.

[ <�<6 + a>4 � B(46)

onde,

W - é a potência gerada no ambiente;

Vd� /dt – crescimento de energia dentro da sala;

A�c/4 - é a energia sonora absorvida.

52 Estabelecendo a condição t=0, a solução da Equação 46 é dada por,

� 4Ba> ! 1 − x4 ��!(47)

onde, �� - é a constante do tempo expressa por,

�� 4[a> (48)

Se o ambiente tem um volume grande e uma absorção total pequena, τ� será maior e

um tempo relativamente longo será necessário para que a densidade de energia atinja seu

valor limite, portanto a parcela (1-x�/τ�) da Equação 47 pode ser desconsiderada. Desta

forma, a densidade de energia final estabilizada é dada por:

�(∞) = 4B(∞)a> (49)

A partir da Equação 49, é definida a relação entre pressão sonora e potência sonora, no

estudo estacionário, onde ��> 4V/Ac,

B(∞) �-��a4�> (50)

onde,

�²�� - é a pressão acústica média quadrática.

A partir da Equação 39, a densidade de energia acústica do campo reverberante é igual

a:

�(∞) �J-(∞)��>- 4B(∞)a> (51)

53 onde, �J - é a pressão sonora no campo reverberante;

A - é a absorção total do ambiente, definida como S.s�, sendo s� o coeficiente de

absorção médio das superfícies do ambiente.

A potência sonora definida na Equação 50 é a potência sonora remanescente após as

primeiras reflexões (REYNOLDS, 1981). Portanto:

B(∞) B(1 −∝� )(52)

onde, o fator (1 −∝� )representa a influência da absorção na potência do campo reverberante.

Desta forma, a densidade sonora no campo reverberante torna-se:

�(∞) 4B�> (53)

onde,

R - é a constante de absorção da sala igual a �b�D4b�.

Kinsler (1999) ressalta que este modelo se aplica somente para o caso de campo

sonoro difuso e, portanto, existem algumas limitações. A Equação diferencial 46, só poderá

ser utilizada quando houver decorrido tempo suficiente para acumular reflexões que

caracterizem o campo reverberante. O modelo descrito acima não pode ser aplicado, por

exemplo, em ambientes com geometria esférica, uma vez que nestes ambientes as ondas

sonoras são refletidas para o centro do ambiente, não mantendo a condição de campo sonoro

difuso.

3.4 Métodos Numéricos para Modelagem Acústica

Os métodos numéricos para simulação acústica são ferramentas importantes para o

estudo e avaliação do comportamento acústico tanto em ambientes abertos como fechados. A

simulação permite predizer o campo sonoro, por exemplo, num ambiente antes mesmo de ser

construído, ou predizer os novos níveis acústicos devido à instalação de equipamentos

54 ruidosos no ambiente, permitindo também estudar e avaliar a provável eficiência de técnicas

de redução de ruído no ambiente entre outros.

Os programas utilizados para simulação acústica em sua maioria se fundamentam na

acústica geométrica, que pode ser associada à óptica geométrica. A acústica geométrica é

baseada no conceito de raios acústicos assim como a ótica geométrica se baseia em raios de

luz. Os raios representam a onda esférica com um ângulo infinitamente pequeno, e assim

como a onda sonora, carregam a energia acústica podendo ser refletidos, refratados e

difratados (RODRIGUES, 2009). A modelagem com base na acústica geométrica é uma

simplificação dos métodos analíticos e fornece uma boa representatividade do comportamento

acústico no ambiente simulado.

Entretanto, os métodos da acústica geométrica fornecem aproximações bastante

aceitáveis que possibilitam o seu processamento em computadores convencionais, já as

soluções exatas demandam tempos consideravelmente longos de processamento.

Os métodos da acústica geométrica mais utilizados nos softwares comercializados

atualmente são, o Método das Fontes Virtuais, o Método do Traçado dos Raios e a

combinação de ambos, denominado Método Híbrido (FERNANDES JUNIOR, 2005;

PORTELA, 2008; VORLÄNDER, 2008).

3.4.1 Método das Fontes Virtuais

A característica importante do método das fontes virtuais é a maneira utilizada para

modelar as reflexões do som proveniente de uma fonte sonora. O método considera as

superfícies refletoras do ambiente como espelhos. As fontes sonoras inseridas no ambiente

são espelhadas em relação a todas as superfícies, criando as imagens das fontes, sendo estas,

fontes virtuais de primeira ordem. As fontes virtuais de primeira ordem são espelhadas

novamente e assim sucessivamente, criando fontes virtuais de ordens maiores, Figura 9. A

característica especular do ambiente permite rastrear o caminho dos raios sonoros da fonte ao

receptor, ou o caminho inverso, do receptor para a fonte (VORLÄNDER, 2008).

55

Figura 9 - Esquema das fontes virtuais

Fonte: Portela (2008)

Sendo r� a posição da fonte sonora, r�n a posição da fonte virtual, y�� o vetor unitário

normal ao plano da parede e �� o vetor entre o ponto no plano, a�, e a fonte sonora, o produto

escalar de y�� e �� resulta na distância entre a parede e a fonte sonora, <�, Figura 10.

Figura 10 - Construção das fontes virtuais

Fonte: Vorländer (2008)

Conhecendo a distância <�, se obtém a posição da fonte virtual, conforme Equação 54.

r�� r� − 2<y(54)

Após um conjunto de fontes virtuais serem criadas, um teste chamado de “teste de

audibilidade” (VORLÄNDER, 2008), ou “de visibilidade”, deve ser realizado. O teste visa

checar a relevância de cada fonte virtual para um ponto receptor específico. Para verificar se o

receptor é “visível” para uma fonte virtual, traça-se o caminho contrário à propagação do som,

ou seja, do receptor para a fonte sonora, passando por toda a cadeia de fontes virtuais criadas,

Figura 11.

56

Figura 11 - Teste de visibilidade.


Na Figura 11, F representa as fontes virtuais e R os receptores. Os índices indicam as

paredes que refletiram os raios. O número de incides denota a ordem da fonte virtual. Para a

programação destas ferramentas é necessário desenvolver procedimentos para criar algoritmos

para o teste de visibilidade. Este procedimento é realizado da seguinte maneira: um segmento

de reta é traçado entre a fonte virtual e o receptor. Se o ponto de encontro entre este segmento

de reta e a linha da última parede a espelhar a fonte estiver dentro dos limites do contorno do

ambiente, esta fonte é visível para o receptor, caso contrário não.

A Figura 11 mostra o caminho do receptor R que está conectado à fonte virtual, F12,

onde o último índice indica que a última parede a ser tocada foi a parede 2. Portanto, se a

interseção entre a linha do caminho do receptor, RF12 , e a linha da parede 2 estiver localizada

dentro dos limites do polígono de contorno do ambiente, a fonte virtual F12 é audível para R.

Por outro lado, analisando a fonte F21, para a qual a parede 1 foi a última a ser tocada,

observa-se que esta não é audível para R, pois a linha RF21 intercepta o segmento da parede 1

fora do polígono que delimita o ambiente (Ponto P) (VORLÄNDER, 2008).

O teste de audibilidade prolonga consideravelmente o tempo de processamento

computacional do modelo, principalmente quando o ambiente em estudo possui muitas

superfícies e geometria irregular, ou então, quando o coeficiente médio de absorção é muito

baixo (VORLÄNDER, 2008).

57 3.4.2 Método do Traçado dos Raios

O Método do Traçado dos Raios (Ray Tracing Method RTM) associa a onda sonora a

raios luminosos e a fonte sonora a uma fonte luminosa. Este modelo parte do princípio que

uma fonte sonora irradia o som através de raios com a velocidade do som em diversas

direções. A energia sonora de cada raio é a energia sonora da fonte dividida pelo número de

raios. Ao tocar uma superfície, o raio é refletido, e devido à absorção da superfície, ele perde

parte da sua energia. O raio é refletido diversas vezes até atingir uma energia mínima pré-

determinada, quando ele é eliminado. (VORLÄNDER, 2008).

Ao passar por um receptor, a energia do raio e o tempo decorrido desde a sua radiação

são registrados. Desta forma, o campo sonoro naquele ponto é a soma das intensidades dos

raios que “passam” por ele, ver Figura 12.

Figura 12 – Traçado dos raios da fonte ao receptor


A Figura 13 mostra, a partir do histograma, a energia dos raios sonoros sendo

registrados no decorrer do tempo.

Figura 13 – Histograma


As fontes sonoras neste método de traçado de raios são caracterizadas por sua potência

sonora e directividade, entretanto utiliza-se apenas a posição da fonte e a direção de referência

(no eixo). Para modelar a directividade podem ser escolhidas direções especificas para

partículas com densidades de energia diferentes (VORLÄNDER, 2008).

58

No Método do Traçado de Raios (Ray Tracing Method – RTM), supõe-se que a

energia emitida pela fonte sonora está distribuída em um número de raios. Cada raio tem uma

energia inicial igual à energia total da fonte dividida pelo número dos raios e viaja na

velocidade do som, colidindo com as paredes, piso e teto onde é refletido de acordo com a lei

de reflexão especular. O nível de energia de cada raio diminui a cada vez que ocorre uma

reflexão, através das propriedades de absorção dos materiais e de forma progressiva pela

absorção do ar presente no ambiente. Quando o nível de energia presente no raio não for mais

significativo a sua propagação é interrompida e inicia-se o traçado do próximo raio (URÍA,

2005).

Para calcular a energia sonora em pontos diferentes de uma sala, uma malha receptora

constituída de volumes finitos é definida e inicia-se um processo de verificação para

identificar os raios que cruzam o volume receptor. O número de raios que cruza o volume

receptor, como mostrado na Figura 14 e as contribuições de energia desses raios permitem a

determinação do nível de pressão sonora. As perdas devido à divergência esférica são

incluídas em consequência da separação crescente entre os raios enquanto eles se afastam da

fonte com o passar do tempo.

Figura 14 - Traçado de um raio acústico da fonte ao volume receptor.

Fonte: Souza (1997)

3.4.3 Métodos Híbridos

O método híbrido é uma combinação do Método das Fontes Virtuais com o Método de

Traçado de Raios, mesclando a natureza determinística, derivadas do método de fonte

imagem, com algumas características estatísticas do traçado dos raios (SOUZA, 1997),

reduzindo significativamente o tempo de computação e eliminando a maioria das incertezas

59 devido à natureza estatística dos raios presentes no RTM. O método busca simular os três

fenômenos mais importantes da propagação do som em salas, que são a absorção, a reflexão

especular e a reflexão difusa (CARDOSO, 2010).

Dentre os Métodos Híbridos existentes os mais utilizados como opções para

processamento são: Método dos Raios Cônicos (Conical Beam Method – CBM) e o Método

dos Raios Triangulares (Triangular Beam Method – TBM).

3.4.3.1 Método dos Raios Cônicos

O Método dos Raios Cônicos (CBM) emite um grande número de cones com seus

vértices na fonte, como é mostrado na Figura 15. A propagação dos cones no ambiente é

assegurada pela aplicação de um algoritmo de raios acústicos nos seus eixos. Uma fonte

imagem visível é encontrada quando um ponto de recepção se encontra dentro do volume

varrido pelo cone. Sua contribuição é calculada facilmente usando a divergência esférica. A

vantagem em relação ao método da fonte imagem virtual é que não é necessário o teste de

visibilidade.

Figura 15 - Propagação de um cone em uma sala retangular

Fonte: LMS International (1993)

No CBM pode ocorrer à múltipla detecção do mesmo caminho devido à sobreposição

de cones adjacentes, Figura 16. Isto ocorre pelo fato dos cones não cobrirem completamente a

superfície esférica da fonte.

60

Figura 16 - Sobreposição dos cones


Esse problema é minimizado pelo uso de um algoritmo de ponderação da energia

recebida que faz com que as múltiplas contribuições produzam na média o nível sonoro

correto, vide Figura 17.

Figura 17 – Ponderação dos cones


Com a propagação do cone, a frente de propagação cresce, aumentando a chance de

esta atingir uma aresta, fazendo com que haja o aparecimento do efeito de estreitamento do

raio. Isso associa caminhos de reflexão errados a fontes imagem visíveis, podendo levar a

desconsideração dessas fontes no cálculo, como mostrado na Figura 18. Por outro lado

algumas fontes imagens falsas podem ser consideradas (CARDOSO, 2010).

61

Figura 18 - Efeito de estreitamento de raios.


O problema de fontes falsas ocorre principalmente nas fontes imagens de ordens

elevadas e pode ser reduzido aumentando o número de raios e diminuindo o ângulo sólido do

cone. Isto acarreta um maior tempo de processamento computacional, mas as falsas fontes

imagens tendem a compensar as fontes imagens perdidas pelo estreitamento dos raios. Na

Figura 19 é mostrado o receptor 1, relativo a uma fonte imagem falsa, e o receptor 2, relativo

a uma fonte imagem perdida (CARDOSO, 2010).

Figura 19 - Receptor 1, relativo a uma falsa imagem e Receptor 2, relativo a uma imagem perdida

Fonte: SOUZA (1997)

62 3.4.3.2 Método de Raios Triangulares

O Método de Raios Triangulares (TBM) é similar ao CBM. O que diferencia é que o

TBM emite pirâmides de base triangular para discretizar a frente de ondas esféricas, Figura

20, no lugar de cones como no CBM. Isto evita o aparecimento do problema de superposição

de feixes apresentado pelo CBM, uma vez que as pirâmides adjacentes cobrem perfeitamente

a fonte esférica, mas o problema de estreitamento de feixes permanece (CARDOSO, 2010).

Figura 20 - Método de raios triangulares


O TBM fornece resultados mais precisos do que o CBM, mas é necessário mais tempo

computacional para convergir (LMS INTERNATIONAL, 1993).

Os tópicos desse capítulo até aqui apresentaram o estudo teórico realizado para melhor

domínio das necessidades acústicas e dos métodos numéricos mais utilizados em recintos

fechados. O próximo tópico dará uma ideia global da metodologia utilizada para a elaboração

do trabalho, identificando etapas e abordagens feitas para a criação do modelo de simulação

do campo acústico do piso dos geradores da Usina Hidrelétrica de Ilha Solteira.

3.5 Metodologia

O objetivo deste trabalho como mencionado anteriormente consiste na elaboração de

uma metodologia para auxiliar e fornecer informações necessárias para criação do mapa

acústico de um ambiente fechado, mais especificamente, o mapa do ruído no ambiente interno

de uma usina hidrelétrica. A metodologia, resumidamente, seguirá dois tipos de abordagem:

experimental e teórica.

A abordagem experimental envolve as seguintes etapas: análise e caracterização do

ambiente físico, elaboração de um procedimento para a realização das medições para definir

63 pontos que representassem o ambiente como um todo, realização das medições nesses pontos

previamente definidos, processamento e análise dos dados coletados durante o procedimento

de medição. Já a abordagem teórica envolve a caracterização do ambiente físico, a definição

das principais fontes de ruído, o estudo e a modelagem da propagação do ruído com base na

fundamentação e nas medições realizadas e finalmente a elaboração do modelo global do

campo acústico. Tendo sido definido o modelo acústico, o próximo passo refere-se a

validação que é feita com base nas medições obtidas na abordagem experimental.

A Figura 21 mostra esquematicamente o fluxograma das várias etapas envolvidas na

metodologia proposta no trabalho.

Figura 21 – Fluxograma das etapas da dissertação


Para avaliar as condições operacionais quanto aos níveis de ruído gerados e também

fazer o levantamento da área de impacto do ruído proveniente das principais fontes, foram

realizadas medições em todo o ambiente interno do piso dos geradores. O ruído ambiente

64 proveniente das atividades de geração de energia das turbinas, geradores e equipamentos

auxiliares serão discutidos e analisados nos próximos capítulos.

65 4 TESTES PRELIMINARES PARA SIMULAÇÃO DO CAMPO ACÚSTICO NO

AMBIENTE

Neste capítulo são abordados os aspectos e procedimentos de medição para avaliação e

identificação das principais fontes de ruído no ambiente, buscando caracterizar não só o

comportamento das fontes, mas também a distribuição do ruído no local. A caracterização e a

distribuição das fontes no ambiente visam fornecer subsídios para a definição dos parâmetros

do modelo de simulação e predição, neste caso, a planta do piso dos geradores da Usina

Hidrelétrica de Ilha Solteira (UHE Ilha Solteira). Uma análise preliminar do ambiente é feita

utilizando uma unidade geradora, posteriormente, a análise é estendida para duas e três outras

unidades geradoras (UG), buscando estudar e caracterizar o comportamento do ruído de todas

as UG(s) do piso dos geradores da usina.

4.1 Medição e Identificação das Fontes de Ruído

A primeira etapa para o cálculo e definição do mapa acústico de um ambiente envolve

uma análise e uma avaliação das características desse ambiente, tendo como base os

principais pontos ruidosos. Esse levantamento vai evidenciar quais os principais pontos a

serem observados na modelagem e fornecer, a partir das medições realizadas, as informações

necessárias para descrever o campo acústico do ambiente.

Os procedimentos de medição são considerados de extrema importância para o

desenvolvimento e elaboração de modelos acústicos, bem como para a obtenção de dados

para a confrontação e ajuste do modelo simulado, neste caso, o modelo do piso dos geradores

da Usina Hidrelétrica de Ilha Solteira.

A Usina Hidrelétrica Ilha Solteira é a maior usina da CESP e do estado de São Paulo e

a terceira maior usina hidrelétrica do Brasil. Está localizada no Rio Paraná, entre os

municípios de Ilha Solteira (SP) e Selvíria (MS). Em conjunto com a Usina Hidrelétrica de

Jupiá (UHE Engenheiro Souza Dias) compõe o sexto maior complexo hidrelétrico do mundo.

Sua potência instalada é de 3.444,0 MW e tem 20 unidades geradoras com turbinas tipo

Francis. A usina foi concluída em 1978 e é uma usina com alto desempenho operacional que,

além da produção de energia elétrica, é de fundamental importância para o controle da tensão

e frequência do Sistema Interligado Nacional. Sua barragem tem 5.605 m de comprimento e

seu reservatório tem 1.195 km2 de extensão. A Figura 22 mostra uma imagem aérea da UHE

Ilha Solteira.

66

Figura 22 - UHE Ilha Solteira

Fonte: www.construtoracamargocorrea.com.br (2012)

Neste caso, uma avaliação inicial de uma parte da planta baixa do ambiente do piso

dos geradores foi feita antes de dar início à criação do modelo real incluindo todas as 20

unidades geradoras da usina. Foi feito uma avaliação e um estudo preliminar de uma parte do

piso dos geradores envolvendo apenas uma unidade geradora, a UG01.

A análise foi feita inicialmente para a primeira unidade geradora denominada UG01 e

o ruído no entorno dessa unidade foi medido em um conjunto de seis pontos específicos,

definidos em função da planta física do local. A planta baixa do piso dos geradores próximo

ao setor compreendendo a UG01 é mostrada na Figura 23.

Figura 23 – Identificação dos pontos de medição


1

2

3

4

5

6

67

Os pontos de medição foram definidos em função da sua posição na planta física. O

ponto de medição 1 foi definido como o ponto de medida em frente ao poço da turbina (FPT),

esse ponto foi escolhido porque o local é um ponto de fuga do ruído gerado pela turbina. O

ponto de medição 2 foi definido como o ponto de medida do ruído da turbina-gerador, este

ponto está localizado dentro da sala amarela (DSA). A sala amarela consiste em uma estrutura

de paredes de concreto que mantém o gerador envolto, praticamente isolado do ambiente, e o

ruído fica enclausurado no local. Esse é o ponto de medição que poderia representar os níveis

de ruído da UG01 de forma mais direta. O ponto 3 foi definido como o ponto de medida em

frente à sala amarela (FSA) considerando que esse ponto também é um ponto em que existem

fugas do ruído da turbina-gerador devido a porta de acesso a sala amarela. O ponto de

medição 4 representa o ponto de medida ao lado do regulador de velocidade (LRV), esse

ponto foi escolhido buscando captar a influência do ruído emitido pelas bombas do regulador.

O ponto de medição 5 representa a medida feita entre máquinas (EM), o intuito de se obter o

ruído nesse ponto foi avaliar as contribuições que uma UG poderia exercer na outra. E

finalmente o ponto de medição 6, ponto de medida ao lado do trafo de excitação (LTE), foi

escolhido por se encontrar em uma região de movimentação dos operadores. Esse ponto está

localizado em um nível acima do piso dos geradores, aproximadamente 7 metros, denominado

piso dos operadores e é caracterizado por estar distante das principais fontes.

Os procedimentos de medição seguiram recomendações da norma NBR 10.151. Nas

medições realizadas utilizou-se um medidor de pressão sonora do tipo 1, que atende ás

especificações da IEC 60651. O equipamento possui recursos para medição de nível de

pressão sonora equivalente, como é especificado na IEC 60804, e as medidas foram realizadas

em bandas de oitava abrangendo faixas de 16 Hz a 16 kHz. Os procedimentos de avaliação e

medição do ruído não interferiram nas condições ambientais e operacionais do ambiente em

estudo.

O medidor utilizado foi o modelo Solo Black SLM da marca 01dB. Antes de cada

processo de medição o medidor foi calibrado com um calibrador da mesma marca que atende

às especificações da IEC 60942 (94dB a 1000Hz). O medidor de nível de pressão sonora e o

calibrador acústico possuem certificado de calibração da Rede Brasileira de Calibração

(RBC). A Figura 24 ilustra uma tomada de medição feita ao lado do regulador de velocidade.

68

Figura 24 – Tomada de medição ao lado do regulador de velocidade (LRV)


Feita as medições e avaliações preliminares de alguns pontos em que o ruído foi

medido por níveis equivalentes e por bandas de frequência, passou-se as medições do ruído no

conjunto de pontos pré-definidos para avaliar o comportamento acústico da UG01 na planta.

As medições foram feitas no piso dos geradores em dias e horários diferentes, mas

sempre no período da manhã. Os níveis de pressão sonora em dB(A), foram lidos em resposta

rápida (fast) a cada 1 segundo. O tempo de aquisição da medida foi de três minutos para cada

ponto e toda situação atípica, tal como um ruído de impacto ou qualquer ruído proveniente de

fontes não comuns ao cotidiano normal de operação, foi anotada e especificada para posterior

análise e avaliação dos resultados.

As medidas foram realizadas de acordo com as recomendações e os resultados foram

armazenados na forma de arquivos, com extensão *.CMG extraídos do próprio equipamento

de medição os quais são facilmente lidos pelos software dBtrait e dBBati também da marca

01dB. As medições foram realizadas seguindo uma sequência pré-determinada em uma

planilha na qual foi anotado o número da medição.

Os valores de pressão sonora foram medidos por nível de pressão sonora equivalente

(Leq) e por bandas de oitava. A Figura 25 mostra o histórico no tempo do ruído medido dentro

da sala amarela (DSA) da UG01.

69

Figura 25 – Histórico no tempo da medida feita dentro da sala amarela - UG01


Na Figura 25 observa-se que a variação da pressão sonora no decorrer do tempo de

aquisição, três minutos, não sofre grandes variações ficando na ordem de 1dB. A Figura 26

mostra o mesmo ruído medido, por bandas de frequência.

Figura 26 – Valores de pressão sonora (DSA) por bandas de oitava - UG01


Observados e discutidos os procedimentos e pontos de medição, os próximos tópicos

neste capítulo irão tratar das simulações do campo acústico do piso dos geradores para uma,

duas e três UG(s).

#5229 Leq 1s A dB dBQUA 18/01/12 10h31m51 103.9 QUA 18/01/12 10h34m50 103.8

Espectro

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

10h32 10h33 10h34

[ID=1] Médio G1 #5229 Hz;(dB[2.000e-05 Pa], POT) 16 106.8

60

65

70

75

80

85

90

95

100

105

110

16 31.5 63 125 250 500 1 k 2 k 4 k 8 k 16 k

70 4.2 Simulação do Ruído no Entorno da UG01

Para a definição do modelo de simulação, inicialmente foi feito uma avaliação do

ambiente físico (construção predial) do piso dos geradores no entorno da UG01, buscando

identificar alguns parâmetros da construção, tais como: os materiais das paredes, teto e piso,

bem como a distribuição de todo maquinário e equipamentos auxiliares. As dimensões e

propriedades utilizadas no modelo de simulação foram as da construção real, extraídas da

própria planta baixa. O ambiente físico foi modelado de forma prismática com comprimento

de 27,5m, largura de 33,5m e altura de 7,5m. O valor da altura é tomado como a média das

alturas do piso dos geradores e do piso dos operadores, com alturas respectivas em 11,10m e

3,9m. Uma forma prismática foi adotada para o ambiente visto que o software somente simula

geometrias retangulares, com essas simplificações, busca-se simular um ambiente com um

volume próximo ao volume real, assim o Tempo de Reverberação (TR) do local poderia

apresentar pequenas diferenças para o cálculo do mapa acústico do ambiente simulado, isso

porque o TR depende basicamente do volume do ambiente e da área de materiais absorventes

distribuídos no local.

A Figura 27 mostra a planta baixa do setor avaliado, no lado esquerdo da UG-1 existe

a parede ao lado da saída do poço da turbina e do lado direito existe o regulador de

velocidade, vasos de pressão, painéis de comando e a UG02.

Figura 27 – Planta baixa - esquema dos pisos


Para a simplificação do modelo foi utilizado coeficiente de absorção do concreto sem

pintura tanto para as paredes, como para o teto e piso. A Tabela 7 apresenta os valores de

coeficiente de absorção utilizados.

71

Tabela 7 – Coeficiente de absorção do bloco de concreto sem pintura Coeficiente de Absorção de Sabine α

Frequência (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 Bloco de Concreto

sem Pintura 0.35 0.45 0.30 0.30 0.40 0.25

Fonte: Adaptado de Kinsler (1999)

Para o ambiente simulado, neste primeiro modelo, foi utilizado uma única fonte de

ruído associada ao ruído da unidade geradora, sendo considerada como uma fonte com as

características de uma fonte pontual. A fonte está junto ao piso, de forma que no modelo

simplificado foi considerado a presença de uma superfície rígida infinita, no caso o piso. A

presença dessa superfície rígida causa a reflexão de toda a energia sonora para um espaço

semi infinito. As ondas de propagação são semi esféricas e a energia sonora nesse caso

atravessa uma área de valor 2C�-, conforme discutido anteriormente na Seção 3.2.

Com essas considerações as directividades foram ajustadas com base na orientação e

distribuição de equipamentos e maquinários auxiliares e nos valores medidos. As

directividades utilizadas no modelo de simulação estão apresentadas na Figura 28.

Figura 28 – Directividades atribuídas a UG01


Os níveis de ruído utilizados para simulação foram definidos com base nos valores

medidos dentro da sala amarela (DSA). A Tabela 8 mostra os valores utilizados por bandas de

frequências.

Tabela 8 – Valores de pressão sonora medido dentro da sala amarela (DSA) da UG01 DSA 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz

UG01 dB(A) 107.1 105.8 102.6 99.8 93.1 87.6 Fonte: Elaboração do próprio autor

72

Uma vez definidos os parâmetros necessários para alimentar o modelo de simulação

passou-se ao processo de simulação propriamente dito.

O modelo de simulação foi feito utilizando o software CadnaSAK. No processo de

simulação o software utiliza os conceitos de acústica geométrica mais especificamente um

método híbrido envolvendo os métodos de traçado de raios e fonte imagem virtual descritos

na Seção 3.4.3 do capítulo anterior.

O software utiliza como dados de entrada, as características do ambiente físico e das

fontes de ruído atribuídas ao modelo. O software realiza o cálculo do mapa acústico, seguindo

padronizações dispostas na norma alemã VDI 3760.

A Figura 29 mostra a interface inicial do software CadnaSAK onde é possível

observar as várias abas de funcionalidade do software. Em destaque estão às abas Calculate,

Room Parameters e Graphical Representation, essas três são de suma importância para a

criação do modelo.

Figura 29 – Interface inicial do software CadnaSAK


Para iniciar a criação do modelo a aba Room Parameters foi preenchida com as

características do ambiente físico discutidos anteriormente, bem como com os coeficientes de

absorção mostrados na Tabela 7. A Figura 30 mostra a interface da aba Room Parameters já

preenchida para a criação do modelo com apenas uma UG.

Calculate

Room Parameters

Graphical Representation

73

Figura 30 – Parâmetros para modelo de uma UG


Com a aba Room Parameters preenchida, a aba Calculate é utilizada para dar início ao

processo de cálculo do tempo de reverberação e tempo de decaimento do som no ambiente

modelado, para isso foi utilizado o método de Sabine. Esse método se baseia nos dados de

dimensões do ambiente e coeficiente de absorção dos materiais das paredes, teto e piso para a

realização do cálculo.

A Figura 31 mostra a interface gráfica referente a aba Graphical Representation, nessa

fase o modelo físico do ambiente já foi feito, neste caso passou-se ao posicionamento e

inclusão da fonte no ambiente. Na aba Graphical Representation foi criada a fonte de ruído

para o modelo com as características de directividades e pressão sonora conforme mostrado

na Figura 28 e na Tabela 8 respectivamente.

Figura 31 – Interface gráfica CadnaSAK


Botão Calc

74

Para o cálculo da propagação e distribuição do ruído no campo acústico foram

utilizados coeficientes de absorção de um bloco de concreto. A partir dos coeficientes de

absorção e dos parâmetros do ambiente definidos na aba Room Parameters foi feito o calculo

da propagação e distribuição do ruído no ambiente através do botão “Calc” indicado na Figura

31. O cálculo é realizado com base no número de raios refletidos e no tempo de reverberação

do ambiente fechado, calculado anteriormente na aba Calculate da interface inicial. Salienta-

se que no ambiente também existe a absorção do ar que é diretamente proporcional à

frequência de propagação. Portanto foi considerado o efeito de absorção do ar para

frequências acima de 2 kHz, ação essa, feita diretamente pelo software.

A Figura 32 mostra o mapa acústico obtido do modelo utilizando apenas uma fonte.

Os níveis e valores de pressão sonora são definidos por cores e o usuário pode especificar no

software exatamente o ponto em que se deseja conhecer o valor do ruído.

Figura 32 – Modelo com apenas uma fonte sonora – UG01


No caso de uma única fonte, foi possível criar um modelo simulado com valores muito

próximos dos valores medidos, pois não existe nesse primeiro modelo contribuições sonora de

outras fontes, facilitando a definição dos valores de directividade e dessa forma o cálculo da

propagação do ruído no campo acústico do modelo.

Para esse modelo em questão, constata-se ainda um nível de ruído maior na saída do

poço da turbina, nesse ponto o ruído direto emitido sofre reflexões ao encontrar a parede

localizada logo à frente na direção da propagação. A onda de propagação ao colidir com a

75 parede sofre reflexões ocasionando o fenômeno de interferência, que é uma consequência

direta da superposição de ondas. As comparações entre valores simulados e valores medidos

só são possíveis porque o software permite a criação de malhas para posicionamento

tridimensional dos receptores, possibilitando inserir os receptores nos mesmos pontos X, Y e

Z em que as medições foram realizadas. Dessa forma o mapa acústico mostrado na Figura 32

é o mapa que representa a distribuição sonora da malha criada pelos pontos receptores criados

em função da fonte sonora atribuída ao modelo.

4.3 Simulação Considerando Duas Unidades Geradoras - UG01 e UG02

Para a definição do modelo de simulação acústica do ambiente no setor que engloba as

duas UG(s), foi feito, como no caso anterior, uma avaliação do ambiente físico (construção

predial) do piso dos geradores no entorno das UG01 e UG02 e das características do ruído das

duas UG(s).

O modelo para as duas primeiras unidades geradoras, UG01 e UG02, foi elaborado

como uma extensão do modelo para uma UG. As dimensões do ambiente físico foram

alteradas para 57,5m de comprimento, 33,25m de largura e 7m de altura para englobar a nova

unidade e foram utilizadas duas fontes de ruído associadas às respectivas UG(s). As

características directivas do ruído da primeira fonte (UG01) assim como os valores por bandas

de oitava foram os mesmos utilizados no modelo anterior. Para a definição da segunda fonte

foram feitas novas medições em torno da UG02, foram medidos os mesmos seis pontos de

medição discutidos na Seção 4.1, mas agora no entorno da UG02. Os níveis de ruído

atribuídos à segunda fonte associada a UG02 foram definidos com base nos valores medidos

dentro da respectiva sala amarela da UG02. Esses valores são apresentados na Tabela 9 por

bandas de frequência. Neste caso, a segunda fonte (UG02) foi posicionada afastada 30 metros

da primeira (UG01) e foi atribuído directividades iguais às usadas para a UG01.

Tabela 9 – Valores de pressão sonora de dentro da sala amarela (DSA) da UG02 DSA 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz


A Figura 33 mostra o mapa acústico obtido para o modelo envolvendo as UG01 e

UG02.

76

Figura 33 – Mapa acústico simulado para duas UG(s)


As Tabelas 10 e 11, mostram as comparações dos valores obtidos no modelo simulado

com valores medidos experimentalmente.

Tabela 10 – 2 UGs - Valores Simulados x Valores Medidos – UG01

UG01 SIMULADO

dB(A) MEDIDO

dB(A) DESVIO

dB(A) FPT 91.1 90.6 0.5 FSA 88.3 88.4 0.1 LRV 89.3 87.7 2.6 EM 89.3 87.8 2.5 LTE 86.6 85.6 1.0



UG02 SIMULADO

dB(A) MEDIDO

dB(A) DESVIO

dB(A) FPT 90.7 88.8 1.9 FSA 87.4 87.4 0 LRV 87.2 87.5 0.3 LTE 85.8 85.6 0.2

Fonte: Elaborado pelo próprio autor

Pelas Tabelas é possível verificar que a inclusão de uma nova fonte contribuiu para o

aumento dos níveis de pressão sonora nos pontos medidos entre máquinas (EM) e ao lado do

regulador de velocidade (LRV). Esses dois pontos de medição estão diretamente posicionados

no caminho de propagação do ruído emitido pelo poço da turbina da UG02, contribuindo de

forma direta para o aumento no nível de pressão sonora nessa região do modelo simulado.

Ao incluir mais uma fonte no modelo, verificou-se a contribuição da mesma no

aumento dos níveis de pressão sonora do campo acústico do ambiente. O nível de ruído

77 medido em alguns pontos aumentou devido à contribuição da pressão sonora da fonte e da

propagação do ruído no ambiente. Isso levou a uma maior discrepância entre os valores

simulados e medidos.

Desse modo foi feito um ajuste na directividade de ambas as fontes, buscando obter

uma representação mais realista da emissão e propagação do ruído de cada uma das fontes e

consequentemente, um modelo mais próximo do modelo real. O ajuste foi feito tomando

como base a própria planta física, foi observado em quais direções estavam às maiores

contribuições sonoras da UG02 em relação a UG01 e vice versa. Foi atribuído maiores índices

de directividade nas direções em que o ruído provavelmente encontrava um meio de

propagação livre (aberturas na estrutura) e índices menores em direções que possivelmente

existe maiores contribuições de outras fontes ou a propagação do ruído perde mais facilmente

sua energia sonora devido aos obstáculos e à absorção do ar. Os valores de directividade

ajustadas para o modelo de simulação de duas UG(s) estão apresentados na Figura 34.

Figura 34 – Directividades UG01 e UG02 ajustadas


A Figura 35 mostra o novo mapa acústico do setor do piso dos geradores no entorno

das UG01 e UG02 obtido do modelo de simulação com as directividades ajustadas.

78

Figura 35 - Mapa acústico com directividades ajustadas UG01 + UG02


As Tabelas 12 e 13 mostram as comparações dos novos valores simulados obtidos

para o modelo de duas fontes com valores medidos experimentalmente.

Tabela 12 – 2 UGs - Valores Simulados Ajustados x

Valores Medidos – UG01

UG01 SIMULADO

dB(A) MEDIDO

dB(A) DESVIO

dB(A) FPT 90.6 90.6 0 FSA 88.4 88.4 0 LRV 87.8 87.7 0.1 EM 87.7 87.8 0.1 LTE 85.6 85.6 0


Tabela 13 – 2 UGs - Valores Simulados Ajustados x Valores Medidos – UG02

UG02 SIMULADO

dB(A) MEDIDO

dB(A) DESVIO

dB(A) FPT 88.8 88.8 0 FSA 87.4 87.4 0 LRV 87.4 87.5 0.1 LTE 85.6 85.6 0


Os níveis e valores do ruído do modelo quando comparados com os valores medidos

nos respectivos pontos definidos como pontos de referência ou pontos para validação do

modelo simulado apresentam uma boa correspondência, com diferenças da ordem de 0,1dB.

Isso mostra que o modelo é suficientemente representativo, visto que essas diferenças são

irrelevantes para avaliação do ruído na saúde do trabalhador, já que o ouvido humano é

sensível apenas a variações acima de 1dB.

79

No novo modelo a contribuição de uma nova fonte sonora no campo acústico no

entorno das UG01 e UG02 foi compensado com o ajuste nos valores de directividades

atribuídos a cada fonte, sendo observado uma diminuição significativa principalmente na

direção do poço da turbina e na direção ao lado do trafo de excitação, visto que a adição da

nova fonte contribui não só para o aumento dos níveis de ruído em direções específicas de

directividade, mas também contribui para o aumento do ruído de fundo do ambiente.

4.4 Simulação Considerando Três Unidades Geradoras UG01, UG02 e UG03

A simulação do comportamento acústico do modelo com mais uma UG visa fornecer

subsídios e informações para a posterior elaboração do modelo global do piso dos geradores

com todas as 20 UG(s). Para a definição do modelo no setor que engloba as três unidades

geradoras, foi feito uma avaliação do ambiente físico do piso no entorno da UG01, UG02 e

UG03 e das características do ruído das três fontes.

O modelo do ambiente físico foi novamente estendido, passando a ter um

comprimento de 87,5m, largura de 33,25m e uma altura de 7,5 metros. Essas dimensões são

as dimensões reais do piso dos geradores no entorno das três UG(s).

Os pontos de medição utilizados para caracterizar a UG03 foram os mesmos pontos de

medição utilizados anteriormente. Os níveis de ruído atribuídos a UG03 foram os valores

medidos por bandas de frequências dentro da correspondente sala amarela, Tabela 14. As

directividades utilizadas para a UG03 foram às mesmas usadas na UG02.

Tabela 14 - Valores medidos dentro da sala amarela – UG03 DSA 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz


A Figura 36 mostra o mapa acústico obtido do setor do piso dos geradores no entorno

das três UG(s).

80

Figura 36 – Mapa acústico simulado para três fontes – UG01, UG02 e UG03


As Tabelas 15 a 17 mostram uma comparação dos valores simulados com os valores

medidos experimentalmente.


UG01 SIMULADO

dB(A) MEDIDO

dB(A) DESVIO

dB(A) FPT 90.7 90.6 0.1 FSA 88.4 88.4 0 LRV 88.0 87.7 0.3 EM 87.8 87.8 0 LTE 85.8 85.6 0.2



UG02 SIMULADO

dB(A) MEDIDO

dB(A) DESVIO




UG03 SIMULADO

dB(A) MEDIDO

dB(A) DESVIO

dB(A) FPT 89.5 88.7 0.8 FSA 87.9 86.9 1.0 LRV 88.0 87.9 0.1 LTE 86.3 84.7 1.4


81

As discrepâncias dos resultados são pequenas, com uma maior variação na UG03.

Considerando que a adição de mais uma fonte implica em novas contribuições nos níveis de

ruído no ambiente conforme discutido anteriormente, isso leva a necessidade de uma

reavaliação do modelo, mais especificamente do modelo de directividade adotado.

Os novos valores de directividade utilizados foram ajustados com base na própria

planta física conforme discutido no caso anterior e estão apresentados nada Figura 37.

Figura 37 – Directividades da UG01,UG02 e UG03 ajustadas


A Figura 38 mostra o mapa acústico do setor do piso dos geradores no entorno das três

primeiras UG(s) obtido com o novo modelo de simulação.

Figura 38 – Mapa acústico com directividades ajustadas para a UG01, UG02 e UG03


As Tabelas 18 a 20 mostram as comparações dos novos valores simulados obtidos

para o modelo de três fontes com valores medidos experimentalmente.

82

Tabela 18 – 3 UGs - Valores Simulados Ajustados x Valores Medidos - UG01

UG02 SIMULADO

dB(A) MEDIDO

dB(A) DESVIO




UG02 SIMULADO

dB(A) MEDIDO

dB(A) DESVIO




UG03 SIMULADO dB(A)

MEDIDO dB(A)

DESVIO dB(A)

FPT 88.7 88.7 0.0 FSA 85.9 86.9 1.0 LRV 87.5 87.9 0.4 LTE 84.0 84.7 0.7


Feito o ajuste nas directividades do modelo, os desvios encontrados quando

comparado os valores obtidos na simulação com os medidos experimentalmente foram de no

máximo 1dB.

A inclusão de mais uma UG no modelo, a UG04, levou a resultados similares aos

obtidos nos modelos anteriores, pequenas discrepâncias entre os valores simulados e medidos.

A inclusão dessa nova UG também influenciou nas directividades do modelo de forma similar

ao verificado nos casos anteriores. No entanto, os resultados obtidos com a inclusão da UG05

no modelo apresentaram valores de pressão sonora bastante discrepantes, principalmente, no

ponto de medição ao lado do regulador de velocidade (LRV).

Os valores obtidos através do modelo de simulação no ponto de medição localizado ao

lado do regulador de velocidade (LRV) da UG05 foram consideravelmente menores do que os

valores medidos experimentalmente.

83 Ao se fazer uma melhor avaliação dos valores obtidos, associou-se que os reguladores

de velocidade das quatro primeiras UG(s) possuem forma construtiva diferente dos

reguladores de velocidade das UG05 a UG20. A Figura 39 mostra os dois tipos de reguladores

em operação no ambiente, a Figura 39-A mostra o regulador de velocidade das primeiras

quatro UG(s) e a Figura 39-B o regulador de velocidade das demais dezesseis UG(s).

Figura 39 – Comparação dos dois tipos de regulador de velocidade


Medições específicas foram feitas ao lado dos dois tipos de reguladores de velocidade

e comparados entre si. As Figuras 40 e 41 mostram os valores em bandas de frequência das

medidas feitas ao lado do regulador de velocidade da UG03 e da UG05 respectivamente.

84

Figura 40 – Valores em bandas de frequência da medida ao lado do regulador de velocidade da UG03


Figura 41 – Valores em bandas de frequência da medida ao lado do regulador de velocidade da UG05


O gráfico da Figura 42 mostra as curvas comparativas entre os ruídos medidos ao lado

dos reguladores de velocidade das UG01 e UG02 com os medidos ao lado dos reguladores

das UG05 e UG06. Os reguladores do primeiro tipo, RV01 e RV02, apresentam

comportamento similar entre si, assim como os reguladores do segundo tipo, RV05 e RV06,

mas níveis de ruído bem diferentes entre os modelos.


50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

16 31.5 63 125 250 500 1 k 2 k 4 k 8 k 16 k


60

65

70

75

80

85

90

95

100

16 31.5 63 125 250 500 1 k 2 k 4 k 8 k 16 k

85

Figura 42 – Comparação dos níveis sonoros para dois tipos de regulador de velocidade


Os valores mostram que os reguladores do tipo existente na UG05 são bem mais

ruidosos que os reguladores do tipo existente na UG03, na faixa de 250Hz o valor é

significativamente maior que nas demais frequências. No local da medição é possível

inclusive distinguir o ruído das bombas do regulador do ruído de fundo existente no ambiente.

Nessa faixa de 250Hz, possivelmente as maiores contribuições são devido às componentes

elétricas das bombas. Portanto os reguladores de velocidade a partir da UG05 devem ser

tratados como fontes de ruído adicionais para a criação do modelo global do campo acústico

do piso dos geradores e dos reguladores. A inclusão dos reguladores como fontes adicionais

no modelo será tratada no próximo capítulo.

60

64

68

72

76

80

84

88

92

96

100

125Hz 250Hz 500Hz 1kHz 2kHz 4kHz

Nív

el

de

Pre

ssã

o S

on

ora

dB

A

RV01

RV02

RV05

RV06

86 5 MAPA ACÚSTICO GLOBAL DO PISO DOS GERADORES

Nesse capítulo são abordados os principais aspectos envolvidos na modelagem e

caracterização do ambiente físico e acústico de todo o piso dos geradores da usina hidrelétrica

de Ilha Solteira (UHE - Ilha Solteira), tendo em vista a simulação e predição do ruído no piso

dos geradores da usina. As principais fontes que contribuem para os níveis de ruído no local

foram avaliadas e incluídas no modelo de predição utilizado para simular o ruído do piso dos

geradores, incluindo as várias unidades geradoras. A avaliação do modelo de predição foi

feita a partir da comparação dos resultados obtidos no modelo com os valores medidos no

próprio ambiente. O modelo se mostrou bastante adequado para o propósito do trabalho.

5.1 Modelagem do Ambiente e Identificação das Fontes de Ruído

O modelo global do piso dos geradores para a simulação do ruído no ambiente como

um todo foi definido com base nos modelos do capítulo anterior em que foi abordado apenas

parte do ambiente, envolvendo uma unidade geradora, posteriormente duas, três e quatro

UG(s). O ambiente nesse caso foi estendido para todo o conjunto de 20 unidades geradoras.

O ambiente como um todo engloba o piso onde estão localizadas as unidades

geradoras, os reguladores de velocidade, os painéis de comando, tubulações, acumuladores de

ar, acumuladores de óleo e todo maquinário e equipamentos auxiliares necessários para a

operação das 20 UG(s). As unidades geradoras estão distribuídas ao longo do espaço físico do

piso, juntamente com os respectivos reguladores de velocidade, o sistema de ventilação global

do piso dos geradores, sistemas de ventilação específicos de algumas salas e máquinas, as

salas dos operadores, a ferramentaria, as salas de baterias entre outros. A Figura 43 mostra

uma foto ilustrativa do piso dos operadores.

87

Figura 43 – Piso dos geradores UG01 a UG20

Fonte: Cesp de Ilha Solteira (2012)

Para a definição e criação do modelo de predição do campo acústico do ambiente foi

feita inicialmente uma avaliação do ambiente físico do piso dos geradores como um todo,

buscando identificar as características da construção predial e as principais fontes de ruído. O

ambiente físico de todo o piso foi considerado como um grande paralelepípedo com 597,5m

de comprimento, 33,25m de largura e 7,5m de altura. Nas paredes, teto e piso manteve-se os

coeficientes de absorção para blocos de concreto sem pintura utilizados nos modelos

anteriores.

As principais fontes de ruído identificadas no ambiente discutidas e analisadas na

Seção 4.4 foram àquelas associadas ao ruído gerado pelas unidades geradoras, que apresentam

um valor significativamente maior que as demais e consequentemente, foram definidas como

as principais fontes de ruído no ambiente. Adicionalmente, também foi identificado que o

ruído medido próximo aos reguladores de velocidade das UG05 a UG20 é bastante elevado e

apresentam níveis bem definidos, sendo que o ruído de fundo do ambiente não foi suficiente

para mascarar os mesmos, diferentemente do que ocorre nos RV(s) das UG01 a UG04. Neste

caso o ruído dos RV(s) das UG01 e UG04 foi mascarado pelo ruído de fundo e não foram

incluídos como fontes no modelo de simulação.

A análise do ambiente e dos equipamentos auxiliares distribuídos ao longo do piso,

mostrou que nos outros pontos de medição, os níveis de ruído foram mascarados, e que os

valores representam apenas os níveis de ruído devido às contribuições sonoras das fontes já

identificadas. A Figura 44 mostra o layout do piso dos geradores da UHE Ilha Solteira, com a

88 distribuição espacial das 20 unidades geradoras e respectivos maquinários e equipamentos

auxiliares.

Figura 44 – Layout do piso dos geradores das 20 Unidades Geradoras

Fonte: Cesp Ilha Solteira (2012)

A Figura 45 mostra a planta baixa de um setor com apenas uma UG, onde é possível

observar os detalhes de uma unidade geradora, incluindo os seis pontos de medição.

89

Figura 45 – Detalhe de um setor da planta baixa – UG06


Os valores de pressão sonora medidos dentro da sala amarela (DSA) e ao lado do

regulador de velocidade (LRV) para cada UG foram associadas as fontes de ruído do modelo

de predição e os demais pontos foram posteriormente utilizados para comparação com os

valores obtidos na simulação, buscando validar o modelo.

5.2 Simulação do Mapa Acústico Global do Piso dos Geradores

Para a criação do mapa acústico global do piso foram consideradas as características

do ambiente como um todo, bem como as principais fontes de ruído identificadas durante o

procedimento de medição e avaliação do ambiente discutido anteriormente.

Os valores de pressão sonora foram adquiridos em valores equivalentes de pressão

sonora (Leq) e valores de pressão sonora por bandas de frequência.

Os valores medidos por bandas de frequência dentro da sala amarela (DSA) foram

atribuídos às fontes sonoras associadas àquela respectiva unidade geradora (UG), e os valores

medidos ao lado dos reguladores de velocidade (LRV) foram atribuídos às fontes associadas

aos respectivos reguladores de velocidade.

A Tabela 21 mostra os valores de pressão sonora, por bandas de frequência, utilizados

para representar as fontes utilizadas na simulação do campo acústico do piso dos geradores.

90 Tabela 21 – Valores por bandas de frequência atribuídos as fontes do modelo de simulação

Fontes dB(A) 125Hz 250Hz 500Hz 1kHz 2kHz 4kHz

UG01 107,1 105,8 102,6 99,6 93,1 87,6

UG02 107,6 103,5 101,6 98,9 91,9 85,7

UG03 104,2 103,4 103,0 99,2 93,1 86,5

UG04 104,1 103,8 103,3 98,8 93,1 86,5

UG05 109,6 102,7 106,9 107,7 94,7 88,5

UG06 105,5 113,8 112,5 104,6 97,0 89,4

UG07 104,8 103,4 102,8 99,7 92,0 85,8

UG08 104,5 105,0 104,3 101,0 92,7 86,0

UG09 108,8 104,6 102,3 99,2 93,0 86,7

UG11 106,2 104,2 102,8 102,3 94,8 85,9

UG12 106,8 104,4 103,1 100,0 92,7 85,9

UG13 107,1 104,7 100,8 99,8 89,5 82,0

UG14 107,9 104,7 102,8 99,3 91,7 85,8

UG16 107,7 103,5 100,0 98,4 91,6 84,2

UG17 105,3 111,1 102,5 98,8 91,9 85,7

UG18 103,6 109,0 102,9 99,2 92,2 86,1

UG19 107,8 104,0 101,7 101,7 91,4 84,0

UG20 105,3 103,4 99,8 97,8 89,6 82,5

RV05 91,2 97,4 92,3 86,7 82,6 74,0

RV06 91,6 99,4 91,8 87,4 82,0 73,4

RV07 88,6 89,8 90,2 87,6 83,0 74,8

RV08 90,6 91,5 88,2 85,1 80,0 70,9

RV09 86,0 88,8 89,7 85,2 81,3 72,7

RV11 88,6 88,3 88,5 85,9 81,5 73,1

RV12 90,4 90,3 89,9 86,0 80,4 72,4

RV13 88,9 89,0 89,9 85,7 80,0 73,1

RV14 86,8 87,7 88,7 86,0 81,9 79,2

RV16 87,5 89,5 87,3 84,1 78,9 69,9

RV17 88,8 90,1 87,5 87,6 83,2 73,2

RV18 88,0 89,0 87,0 87,9 83,1 74,0

RV19 88,8 86,7 85,2 86,4 83,3 73,1

RV20 86,2 85,4 87,3 86,4 81,3 71,4


91 As Figuras 46 e 47 mostram os valores de pressão sonora bem como o comportamento

acústico, por bandas de frequências, das principais fontes utilizadas no modelo.

Figura 46 – Nível acústico das unidades geradoras UG01 a UG20


80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

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99

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116


UG01(dBA)

UG02(dBA)

UG03(dBA)

UG04(dBA)

UG05(dBA)

UG06(dBA)

UG07(dBA)

UG08(dBA)

UG09(dBA)

UG11(dBA)

UG12(dBA)

UG13(dBA)

UG14(dBA)

UG16(dBA)

UG17(dBA)

UG18(dBA)

UG19(dBA)

UG20(dBA)

92

Figura 47 – Nível acústico dos reguladores de velocidade RV05 a RV20


A análise dos gráficos mostra claramente maiores níveis de ruído para a UG06 e seu

respectivo RV em todas as faixas de frequência, especialmente na faixa de 250Hz. Esses

níveis elevados tem uma influência direta nas medidas feitas em outros pontos de medição no

entorno da UG06, isso fica evidente na medição realizada ao lado do regulador de velocidade

da UG05 que apresenta picos de pressão sonora da mesma ordem.

Uma vez caracterizado o ambiente físico e identificado as fontes de todo o ambiente,

bem como parâmetros para alimentar o software de simulação, passou-se a etapa de cálculo

do ruído no piso com todas as 20 UG(s).

O modelo foi definido englobando todo o espaço físico do piso dos geradores e dois

tipos de fontes sonoras. As fontes identificadas e associadas às UG(s) e as fontes associadas

aos respectivos RV(s). As UG(s) 10 e 15 estavam paradas durante o processo de medição,

devido a isso, os valores de pressão sonora para essas respectivas fontes não foram

consideradas, caracterizando uma fonte que não produz ruído. Entretanto a UG10 e a UG15

foram incluídas no modelo, porém para o cálculo do mapa acústico do piso ambas foram

representadas como estando paradas. A directividade das fontes foi definida tomando por base

o ajuste feito para os modelos discutidos no Capítulo 4.

69707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899

100


RV05(dBA)

RV06(dBA)

RV07(dBA)

RV08(dBA)

RV09(dBA)

RV11(dBA)

RV12(dBA)

RV13(dBA)

RV14(dBA)

RV16(dBA)

RV17(dBA)

RV18(dBA)

RV19(dBA)

RV20(dBA)

93 As Figuras 48 a 52 mostram respectivamente o mapa acústico das UG01 a UG04, das

UG05 a UG08, das UG9 a UG12, das UG13 a UG16 e das UG17 a UG20, sendo que as

UG10 e UG15 estavam paradas. Para uma melhor visualização o mapa acústico do ruído foi

subdividido em conjuntos de quatro UG(s).

Figura 48 – Mapa acústico simulado - UG01 a UG04






94

Figura 51 – Mapa acústico simulado – UG13 a UG16


Figura 52 – Mapa acústico simulado – UG17 a UG20


Para uma avaliação quantitativa da representatividade do modelo simulado foi feita

uma comparação dos níveis de ruído obtidos no modelo de simulação com os valores medidos

em um conjunto específico de pontos previamente definidos (seção 4.1). A Tabela 22 e os

gráficos da Figura 53 mostram as comparações dos valores de pressão sonora medidos no piso

de geradores com os valores de pressão sonora obtidos do modelo simulado.

95

Tabela 22 – Comparação dos valores medidos x valores simulados EPT (dBA) FSA (dBA) LRV (dBA) EM (dBA) LTE (dBA)

Medido Simulado Desvio Medido Simulado Desvio Medido Simulado Desvio Medido Simulado Desvio Medido Simulado Desvio

UG01 90,6 90,1 0,5 88,4 88,4 0,0 87,7 87,8 0,1 87,8 87,8 0,0 85,6 85,6 0,0

UG02 88,8 88,9 0,1 87,4 87,5 0,1 87,5 87,4 0,1 87,4 87,5 0,1 85,6 85,5 0,1

UG03 88,7 88,6 0,1 86,9 87,0 0,1 87,9 87,6 0,3 87,3 87,5 0,2 84,7 85,0 0,3

UG04 88,7 88,6 0,1 87,9 87,6 0,3 88,6 88,5 0,1 88,2 88,3 0,1 86,1 86,0 0,1

UG05 89,2 89,2 0,0 88,9 89,3 0,4 93,7 93,6 0,1 92,3 91,9 0,4 87,7 87,8 0,1

UG06 92,4 92,2 0,2 93,0 92,2 0,8 94,4 94,2 0,2 91,1 91,4 0,3 88,1 88,3 0,2

UG07 91,1 90,4 0,7 89,7 89,7 0,0 91,8 91,4 0,4 90,2 89,4 0,8 86,1 86,3 0,2

UG08 89,4 89,1 0,3 89,5 89,1 0,4 90 89,7 0,3 88,2 88,0 0,2 86 85,9 0,1

UG09 88,4 88,2 0,2 87,1 87,2 0,1 90,4 90,4 0,0 86,2 86,8 0,6 85,2 85,2 0,0

UG10 86,2 85,5 0,7 83,7 84,4 0,7 84,4 85 0,6 84,3 85,6 1,3 82,3 84,1 1,8

UG11 86,7 86,9 0,2 86,1 86,5 0,4 90,2 90,6 0,4 86,4 86,8 0,4 84,5 84,7 0,2

UG12 87,0 87,0 0,0 87,2 87,1 0,1 90,8 90,9 0,1 87,0 87,2 0,2 84,5 84,7 0,2

UG13 87,6 87,5 0,1 87,3 87,3 0,0 90,5 90,2 0,3 87,8 87,6 0,2 85,5 85,3 0,2

UG14 88,2 87,7 0,5 87,6 87,3 0,3 91 90,6 0,4 88,1 87,6 0,5 85,9 85,7 0,2

UG15 87,9 85,5 2,4 85,5 84,1 1,4 86,2 84,5 0,3 86,4 85 1,4 84,3 84 0,3

UG16 86,3 86,1 0,2 86,4 86,1 0,3 88,8 88,6 0,2 86,9 86,9 0,0 84,9 84,9 0,0

UG17 87,3 87 0,3 90 89,4 0,6 91,2 91,5 0,3 90,1 89,5 0,6 88,3 85,3 3,0

UG18 89,3 89,2 0,1 89,7 88,8 0,9 91,1 91,4 0,3 89,2 89,1 0,1 86,1 85,7 0,4

UG19 89,5 89,2 0,3 88,5 88,6 0,1 89,9 90,2 0,3 88,4 88,9 0,5 85,8 85,6 0,2

UG20 88,7 88,8 0,1 87,5 87,4 0,1 89,8 90,1 0,3 X X X 84,7 84,5 0,2


96

Figura 53 – Comparação dos valores medidos x valores simulados para as 20 UG(s) Valor Medido (dBA) Valor Simulado (dBA)


82,0

84,0

86,0

88,0

90,0

92,0

EPT FSA LRV EM LTE

UG01

82,0

84,0

86,0

88,0

90,0

EPT FSA LRV EM LTE

UG02

82,0

84,0

86,0

88,0

90,0

EPT FSA LRV EM LTE

UG03

84,0

86,0

88,0

90,0

EPT FSA LRV EM LTE

UG04

85,0

87,0

89,0

91,0

93,0

95,0

EPT FSA LRV EM LTE

UG05

85,0

87,0

89,0

91,0

93,0

95,0

EPT FSA LRV EM LTE

UG06

85,0

87,0

89,0

91,0

93,0

95,0

EPT FSA LRV EM LTE

UG07

85,0

87,0

89,0

91,0

93,0

95,0

EPT FSA LRV EM LTE

UG08

85,0

87,0

89,0

91,0

93,0

95,0

EPT FSA LRV EM LTE

UG09

80,0

82,0

84,0

86,0

EPT FSA LRV EM LTE

UG10

84,0

86,0

88,0

90,0

92,0

EPT FSA LRV EM LTE

UG11

84,0

86,0

88,0

90,0

92,0

EPT FSA LRV EM LTE

UG12

84,0

86,0

88,0

90,0

92,0

EPT FSA LRV EM LTE

UG13

84,0

86,0

88,0

90,0

92,0

EPT FSA LRV EM LTE

UG14

83,0

85,0

87,0

89,0

EPT FSA LRV EM LTE

UG15

84,0

86,0

88,0

90,0

EPT FSA LRV EM LTE

UG16

84,0

86,0

88,0

90,0

92,0

EPT FSA LRV EM LTE

UG17

84,0

86,0

88,0

90,0

92,0

EPT FSA LRV EM LTE

UG18

84,0

86,0

88,0

90,0

92,0

EPT FSA LRV EM LTE

UG19

84,0

86,0

88,0

90,0

92,0

EPT FSA LRV LTE

UG20

97 A comparação dos dados dispostos na Tabela 22 e nos gráficos da Figura 53 mostra

uma boa correspondência dos valores de pressão sonora obtidos no modelo simulado com os

valores reais medidos, exceto para os valores no entorno da UG10, UG15 e no ponto de

medição ao lado do trafo de excitação (LTE) da UG17. A discrepância identificada para a

UG10 e para a UG15 é devida ao fato dessas máquinas estarem paradas para manutenção.

No momento em que as medições foram realizadas no seu entorno, foi identificado e

anotado em planilhas, ruídos específicos do serviço de manutenção que era executado no

local, como por exemplo, ruído de ar comprimido, ruído de ponte rolante, marteladas,

furadeiras em funcionamento e outros. Esses ruídos não faz parte do cotidiano normal de

operação da usina, portanto, não foram levados em conta na simulação. Provavelmente devido

a isso os valores medidos mostrados nos gráficos para as UG10 e UG15 são maiores que os

simulados obtidos do modelo.

No caso da medição ao lado do trafo de excitação (LTE) da UG17, esse ponto de

medição apresentava valores de pressão sonora acima dos valores medidos nos outros

transformadores. Isso levou a uma análise mais atenta do local e observou-se que o sistema de

ventilação para a refrigeração da sala de baterias, localizada ao lado desse ponto de medição,

poderia estar influenciando diretamente no valor dessa medida.

Sistemas de ventilação possuem diversos mecanismos para geração de ruído, ruído

aerodinâmico do tipo banda larga gerado em regiões de fluxo turbulento e vórtices de ar, o

ruído causado pela passagem das pás próximo a elementos fixos e ruídos de origem mecânica

provenientes de vibrações mecânicas dos componentes estruturais entre outros. No caso de

ruído causado por fluxo turbulento, esse mecanismo de geração de ruído contribui com

componentes mais significativas para o ruído total emitido, GERGES (2000).

Já no caso de ruído causado pela passagem das pás próximo a elementos fixos o ruído

é concentrado na frequência de passagem fp e seus harmônicos 2fp, 3fp onde:

�� = E. ��60 (55)

onde,

N – Número de pás

RPM – Velocidade de rotação

No caso do sistema de ventilação da sala de baterias localizado ao lado do ponto de

medição (LTE), identificou-se que o ventilador principal desse sistema é um ventilador

98 centrífugo de 7 pás e com uma frequência de 2140 rotações por minuto (RPM). Isso poderia

explicar os maiores níveis de ruído na faixa de frequência de 250Hz, essa faixa de frequência

representa o ruído causado pela passagem das pás próximo a elementos fixos do ventilador.

O gráfico da Figura 54 mostra as curvas dos valores medidos ao lado do trafo de

excitação da UG16, UG17, UG18 e UG19.

Figura 54 – Curva dos valores medidos ao lado do trafo de excitação da UG16, UG17, UG18 e UG19


Na faixa de frequência entre 250 e 500Hz os níveis de pressão sonora medido ao lado

do transformador de excitação da UG17 são maiores que o dobro do valor medido para o

mesmo ponto de medição das UG16, UG18 e UG19. Por isso considerou-se que o sistema de

ventilação também é uma fonte.

A fonte foi modelada como uma fonte semi esférica, visto que neste caso, o sistema de

ventilação está localizado na parede da sala de baterias e consequentemente, o ventilador

(fonte do ruído) devido a sua localização e fixação na parede, vai atuar como uma fonte de

ruído com uma propagação numa direção preferencial em relação ao ponto de medição (não

ominidirecional). Desta forma o fator de directividade Q, conforme discutido no item 3.2, é

definido como Q = 2, ou seja, o mesmo vai propagar ondas de ruído semi esféricas levando a

um aumento do índice de directividade DI(θ).

Identificada essa fonte adicional o modelo foi reavaliado, incluindo mais uma fonte

associada ao sistema de ventilação localizado ao lado do transformador de excitação da

UG17. A Tabela 23 mostra as características do ruído, por bandas de freqüência, dessa nova

fonte associada ao sistema de ventilação.

63,0

65,0

67,0

69,0

71,0

73,0

75,0

77,0

79,0

81,0

83,0

85,0

87,0

89,0

125 250 500 1k 2k 4k

LTE

UG16

UG17

UG18

UG19

NPS

99

Tabela 53 – Valores de pressão sonora atribuídos a fonte associada ao sistema de ventilação

Fonte 125Hz 250Hz 500Hz 1kHz 2kHz 4kHz

Sist. Vent. dB(A) 86,7 94,4 93,2 91,3 87,2 81,6


O modelo do piso dos geradores foi reavaliado e incluído uma nova fonte associada ao

sistema de ventilação. O cálculo do novo modelo da distribuição e propagação do ruído no

ambiente foi realizado utilizando as mesmas condições e parâmetros discutidos anteriormente,

exceto para a fonte adicional referente ao sistema de ventilação. As Figuras 55 a 59 mostram

o novo mapa acústico do piso dos geradores considerando o sistema de ventilação da sala de

baterias como uma fonte sonora. Como no caso anterior o mapa foi subdividido em conjuntos

de quatro UG(s), buscando uma melhor visualização do comportamento acústico no ambiente.

Figura 55 – Mapa acústico simulado considerando o sistema de ventilação – UG01 a UG04




100







O mapa acústico obtido do modelo de simulação mostra que o comportamento e a

distribuição do ruído no entorno das UG(s) é similar tanto para as UG(s) mais ruidosas (UG05

e UG06) quanto para as UG(s) paradas (UG10 e UG15).

O mapa mostra que os maiores níveis de ruído ocorrem no entorno da UG05 e,

principalmente, da UG06 visto que os níveis de ruído medidos (Tabela 21 e Figura 46) nestas

foram bem maiores que as demais. Nas UG(s) paradas, os valores do ruído medidos nos

vários pontos de referência apresentam um comportamento muito parecido como pode ser

visto na Figura 60, sendo que os valores no entorno da UG15 são bem maiores.

101

Figura 60 – Comportamento do ruído nos pontos de medição para UG10 e UG15


Para uma avaliação quantitativa da representatividade do modelo simulado foi feita

uma nova comparação dos níveis de ruído obtidos no modelo com valores medidos

experimentalmente. A Tabela 24 mostra as comparações dos valores de pressão sonora

medidos no piso dos geradores com os valores de pressão sonora obtidos no modelo

simulado.

79,0

80,0

81,0

82,0

83,0

84,0

85,0

86,0

87,0

88,0

89,0

EPT FSA LRV EM LTE

UG 10

UG 15

102 Tabela 24 - Valores medidos x valores simulados considerando o sistema de ventilação EPT (dBA) FSA (dBA) LRV (dBA) EM (dBA) LTE (dBA)

Medido Simulado Desvio Medido Simulado Desvio Medido Simulado Desvio Medido Simulado Desvio Medido Simulado Desvio

UG01 90,6 90,1 0,5 88,4 88,4 0,0 87,7 87,8 0,1 87,8 87,8 0,0 85,6 85,6 0,0

UG02 88,8 88,9 0,1 87,4 87,5 0,1 87,5 87,4 0,1 87,4 87,5 0,1 85,6 85,5 0,1

UG03 88,7 88,6 0,1 86,9 87,0 0,1 87,9 87,6 0,3 87,3 87,5 0,2 84,7 85,0 0,3

UG04 88,7 88,6 0,1 87,9 87,6 0,3 88,6 88,5 0,1 88,2 88,3 0,1 86,1 86,0 0,1

UG05 89,2 89,2 0,0 88,9 89,3 0,4 93,7 93,6 0,1 92,3 91,9 0,4 87,7 87,8 0,1

UG06 92,4 92,2 0,2 93,0 92,2 0,8 94,4 94,2 0,2 91,1 91,4 0,3 88,1 88,3 0,2

UG07 91,1 90,4 0,7 89,7 89,7 0,0 91,8 91,4 0,4 90,2 89,4 0,8 86,1 86,3 0,2

UG08 89,4 89,1 0,3 89,5 89,1 0,4 90 89,7 0,3 88,2 88,0 0,2 86 85,9 0,1

UG09 88,4 88,2 0,2 87,1 87,2 0,1 90,4 90,4 0,0 86,2 86,8 0,6 85,2 85,2 0,0

UG10 86,2 85,5 0,7 83,7 84,4 0,7 84,4 85 0,6 84,3 85,6 1,3 82,3 84,1 1,8

UG11 86,7 86,9 0,2 86,1 86,5 0,4 90,2 90,6 0,4 86,4 86,8 0,4 84,5 84,7 0,2

UG12 87,0 87,0 0,0 87,2 87,1 0,1 90,8 90,9 0,1 87,0 87,2 0,2 84,5 84,7 0,2

UG13 87,6 87,5 0,1 87,3 87,3 0,0 90,5 90,2 0,3 87,8 87,6 0,2 85,5 85,3 0,2

UG14 88,2 87,7 0,5 87,6 87,3 0,3 91 90,6 0,4 88,1 87,6 0,5 85,9 85,7 0,2

UG15 87,9 85,5 2,4 85,5 84,1 1,4 86,2 84,5 0,3 86,4 85 1,4 84,3 84 0,3

UG16 86,3 86,1 0,2 86,4 86,1 0,3 88,8 88,6 0,2 86,9 86,9 0,0 84,9 84,9 0,0

UG17 87,3 87 0,3 90 89,4 0,6 91,2 91,5 0,3 90,1 89,5 0,6 88,3 88,0 0,3

UG18 89,3 89,2 0,1 89,7 88,8 0,9 91,1 91,4 0,3 89,2 89,1 0,1 86,1 85,7 0,4

UG19 89,5 89,2 0,3 88,5 88,6 0,1 89,9 90,2 0,3 88,4 88,9 0,5 85,8 85,6 0,2

UG20 88,7 88,8 0,1 87,5 87,4 0,1 89,8 90,1 0,3 X X X 84,7 84,5 0,2


Uma avaliação dos dados da Tabela 24 mostra que os resultados obtidos para o

modelo incluindo o sistema de ventilação são muito bons, não havendo nenhum desvio

considerável entre os valores medidos em campo e os valores simulados. Já as Figuras 55 a 59

mostram o comportamento global do ruído ao longo do piso dos geradores.

Para uma melhor visualização da distribuição do ruído de forma que o mesmo possa

ser associado com o ambiente físico, foi inserida no mapa acústico a planta física do

ambiente. Nesse caso, foi utilizado o software Photoshop CS5 para realização de uma

montagem, que consiste em sobrepor a planta baixa do piso com as UG(s) no mapa acústico

de cores extraído do CadnaSAK.

103

A sobreposição permitiu representar toda a estrutura e distribuição do maquinário

auxiliar no ambiente do piso dos geradores bem como visualizar o ruído somente onde

existissem meios livres de propagação.

Para uma melhor visualização o mapa sobreposto foi subdividido em conjuntos de

quatro UG(s) conforme feito anteriormente. As Figuras 61 a 65 mostram os mapas de ruído

com a sobreposição da planta baixa que descreve o ambiente acústico.

Figura 61 – Montagem do mapa acústico piso dos geradores UG01 – UG04






104





Ao sobrepor a planta baixa é verificado que os maiores níveis de ruído estão no

entorno da sala amarela de cada UG bem como no entorno dos reguladores de velocidade

tratados como fonte de ruído. Os maiores níveis nesses locais são devido às contribuições

sonoras da propagação do ruído da própria fonte e também de fontes próximas.

5.3 Teste para Verificar a Representatividade do Modelo

Posteriormente, após a realização da simulação e comparação dos dados, foi medido e

utilizado para uma nova comparação pontos distintos para um conjunto de máquinas

diferentes e distantes entre si, no caso a UG02, UG08 e UG19, visando verificar a

representatividade do modelo. Neste caso foram medidos seis pontos no entorno de cada UG

citada, a Figura 66 esquematiza a localização dos novos pontos.

105

Figura 66 – Medidas feitas para a UG02, UG08 e UG19


O ponto de medição 01 se encontra no piso superior denominado piso dos operadores

localizado a aproximadamente 2m da chaparia que “lacra” o gerador, o ponto de medição 02

está afastado 2m da escada de acesso do poço da turbina, essa medida é muito próxima da

medida feita entre máquinas (EM), o ponto de medição 03 está localizada a 2m da parede da

sala amarela estando posicionada em um local onde não há nenhum equipamento próximo, o

ponto de medição 04 fica localizado a 2m da parede oposta ao ponto 03 e está localizado

próximo aos vasos de pressão e ao regulador de velocidade, o ponto de medição 05 está

afastado 2m da parede da sala amarela e também se encontra próximo do regulador de

velocidade e do ponto de medição entre máquinas (EM), o ponto 06 se encontra no piso dos

operadores a uma distância de aproximadamente 2m da chaparia e próximo aos painéis de

comando.

Para verificar a representatividade do modelo de simulação do campo acústico a

Tabela 25 mostra comparações feiras entre valores de pressão sonora medidos e simulados

para as UG02, UG08 e UG19 em pontos distintos conforme ilustrou a Figura 66.

106

Tabela 25 – Valores medidos e simulados em pontos distintos para a UG02, UG08 e UG19

Pontos Medido Simulado Desvio Pontos Medido Simulado Desvio Pontos Medido Simulado Desvio

UG02_1 88,5 88,8 0,3 UG08_1 89,3 88,6 0,7 UG19_1 90,2 89,6 0,6

UG02_2 88,1 89 0,9 UG08_2 88,9 89,7 0,8 UG19_2 90,1 90,1 0

UG02_3 86,9 87,2 0,3 UG08_3 87,8 88 0,2 UG19_3 90 89,1 0,9

UG02_4 87,1 87,5 0,4 UG08_4 88,1 88,9 0,7 UG19_4 89,4 89,1 0,3

UG02_5 87,6 88,3 0,3 UG08_5 88,5 88,4 0,1 UG19_5 91,1 90,4 0,7

UG02_6 88,2 88,1 0,1 UG08_6 88 88,1 0,1 UG19_6 89,2 88,3 0,9


A comparação reafirma que o modelo construído para a representação do campo

acústico do piso dos geradores da UHE de Ilha Solteira está bastante satisfatório, não

apresentando desvios de pressão sonora maiores que 1dB, os desvios percebidos para todos os

pontos até aqui comparados são imperceptíveis ao ouvido humano.

107 6 CONCLUSÃO E PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma Metodologia para Avaliação e

Predição dos Níveis de Ruído em Usinas Hidrelétricas, mais especificamente, no piso de

geradores utilizando ferramentas matemáticas que permitem simular e predizer o

comportamento da propagação do ruído no ambiente.

O trabalho foi elaborado com base em uma abordagem experimental e em uma

abordagem teórica. Na abordagem experimental foi analisado o espaço físico bem como

definido os procedimentos de medição e caracterização do ruído no ambiente, tendo em vista

a criação do mapa acústico. Na abordagem teórica, foram discutidos os fundamentos básicos

necessários para a formulação e modelagem do problema, envolvendo os conceitos de

propagação do ruído em ambientes fechados, a definição e caracterização de fontes, os

principais métodos numéricos para modelagem acústica, método das fontes virtuais, traçado

de raios e métodos híbridos.

Os modelos de simulação foram implementados utilizando o software CadnaSak da

Datakustik. Inicialmente foram feitas simulações preliminares de parte do piso para estudar e

identificar os parâmetros e informações importantes do ambiente, visando a criação do

modelo global de todo o ambiente. O piso dos geradores foi considerado como uma caixa com

comprimento, largura e altura reais, ao longo do piso posicionadas as 20 unidades geradoras

(UGs) da Usina e os respectivos reguladores de velocidade (RVs) e os equipamentos e

maquinários auxiliares. As fontes associadas às Unidades Geradoras foram definidas

utilizando valores de pressão sonora medidos dentro da sala dos geradores e as fontes

associadas aos reguladores de velocidades RV(s) foram definidas utilizando valores medidos

próximo ao próprio regulador. A validação do modelo simulação foi feita comparando os

valores de pressão sonora medidos experimentalmente em um conjunto de pontos no entorno

de cada UG com os valores obtidos do modelo de simulação. Posteriormente, foram

realizadas outras medições para novos conjuntos de pontos no entorno de três UG(s) distintas

e distantes entre si e os resultados foram praticamente os mesmos obtidos na primeira

comparação dos modelos.

A confrontação dos modelos e a comparação dos resultados do modelo de simulação

com os dados medidos experimentalmente no ambiente mostraram que o modelo

desenvolvido para simular o campo acústico do piso dos geradores da UHE se mostrou

adequado. Os valores de pressão sonora obtidos experimentalmente quando comparados com

os valores simulados apresentaram desvios menores que 1dB. O mapa acústico representado

108 por cores, obtido a partir do modelo de simulação mostra o comportamento do ruído e o

campo de propagação no piso dos geradores e da galeria de filtro.

Os resultados mostraram que a metodologia e as ferramentas utilizadas possibilitam a

geração e criação de modelos de predição bastante representativos do ambiente, abrindo

varias opções de estudos que poderiam ser desenvolvidas e avaliadas visando, por exemplo, a

implementação de um programa de gerenciamento e gestão do ruído na saúde do trabalhador

pela Empresa. Isso poderia envolver, entre outras:

- o desenvolvimento e utilização de modelos virtuais para estudos e avaliações dos

possíveis locais sujeitos a níveis excessivos de ruído;

- a simulação dos efeitos devido à implementação de eventuais alterações do ambiente

e/ou ações para a redução de ruído no local;

- a elaboração de mapas de risco em relação ao ruído, evidenciando áreas mais

ruidosas com base no tempo de exposição do trabalhador. Para isso seria necessário, não só o

mapa acústico, mas também o conhecimento das atividades do trabalhador (função), visto que

o mesmo não permanece em um único local durante o período de trabalho o que deve ser

contabilizado conforme a norma;

109

REFERÊNCIAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. NBR 10151- Avaliação do ruído em áreas habitadas visando o conforto da comunidade. Rio de Janeiro, 1989. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. NBR 10152 - Níveis de ruído para conforto acústico. Rio de Janeiro, 1989. ÁVILA, G. G.; RAMALHO, B. L. G. Avaliação do ruído em ambientes industriais através de modelos computacionais. In: CONGRESSO DE PESQUISA E INOVAÇÃO DA REDE NORTE NORDESTE DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA – CONNEPI, 4., 2009, Belém. Anais… Belém: CEFET, 2009. BARRON, R. F. Industrial noise control and acoustics. New York: Marcel Dekker, 2001. BERANEK, L. Concert and opera halls: how they sound. Woodbury: Acoustical Society of America, 1996. BIES, D. A.; HANSEN, C. H. Engineering noise control: theory and practice. 2. ed. London: E & FN SPON, 1996. BISTAFA, S. R. Acústica aplicada ao controle do ruído. São Paulo: Edgard Blücher, 2006. BONGESTABS, D. H. Acústica arquitetônica. Casacavel: Faculdade Assis Gurgacz, 2007. Apostila do curso Arquitetura e Urbanismo. BRÜEL AND KJAER. Environmental noise booklet. Naerum: Bruel & Kjaer, 2000. CAMPO, N.; RISSONE, P.; TODERI, M. Adaptive pyramid tracing: a new technique for room acoustics. Applied Acoustics, Kidlington, v. 61, n. 2, p. 199-221, 2000. CARDOSO, S. F. H. Soluções numéricas de controle de ruído em usinas hidrelétricas da CHESF. 2010. 211 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal do Pará, Belém, 2010. CHRISTENSEN, C. L. Odeon room acoustics program. Version 3.1. Copenhagen: Department of Acoustics Technology, Information Society Technologies, 1998. CHRISTENSEN, C. L.; FOGED, H. T. A room acoustical computer model for industrial environments: the model and its verification. In: EUROPEAN CONFERENCE ON NOISE CONTROL - EURO-NOISE, 3., 1998, München. Proceedings… München: [s.n.], 1998. p. 671-676. CHUANG, J.; CHENG, S. Computing caustic effects by backward beam tracing. The Visual Computer: International Journal of Computer Graphics, Gothenburg, v. 11, n. 3. p. 156-166, 1995. DATAKUSTIK. CadnaSAK for Windows: brief instructions for the demo program: manual. Greifenberg: Datakustik, 1999.

110 DE MARCO, C. S. Elementos de acústica arquitetônica. São Paulo: Nobel, 1982. FERNANDES, J. C. Acústica e ruídos. Bauru: Unesp, 2002. Apostila desenvolvida para as disciplinas Acústica e Ruídos. FERNANDES JUNIOR, A. L. Auralização: técnicas de modelagem e simulação binaural de ambientes acústicos virtuais. 2005. 110 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2005. FERNANDES, M.; MORATA, T. C. Estudo dos efeitos auditivos e extra-auditivos da exposição ocupacional a ruído e vibração. Revista Brasileira de Otorrinolaringologia, São Paulo, v. 68, n. 5, p. 705-713, set./out. 2002. FERREIRA NETO, M. F. Estudo de barreiras acústicas ao ar livre, sob a perspectiva de eficiência e qualidade sonora. 2002. 104 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2002. FRITSCH, R. C. Avaliação do ruído urbano: o caso da área central de Passo Fundo – RS. 2006. 182 f. Dissertação (Mestrado) – Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, 2006. FUNDACENTRO. Avaliação da exposição ocupacional ao ruído: norma de higiene ocupacional NHO-01: procedimento técnico. São Paulo: FUNDACENTRO, 1999. FUNKHOUSER, T. A Beam tracing method for interactive architectural acoustics Journal of the Acoustical Society of America, Melville, v. 115, n. 2, p. 739-756, 2004. FUSINATO, V. A. Minicurso de acústica e ruído. Maringá: Departamento de física, Universidade Estadual de Maringá, 2005 GERGES, S. N. J. Ruído: fundamentos e controles. Florianópolis: Universidade Federal de Santa Catarina, 2000. GERGES, S. Ruído e suas consequências. In: VIEIRA, S. Manual de Saúde e Segurança do Trabalho: segurança, higiene e medicina do trabalho. São Paulo: LTr, 2005. v. 3. GONZALEZ, M. F. Acústica. São Paulo: Rhodia, 1990. HARRINGTON, S. Building services engineering MSc programme. Uxbridge: Brunel University, 2000. HODGSON, M. Case history: factory noise prediction using ray tracing – experimental validation and the effectiveness of noise control measures. Noise Control Engineering Journal, Indianapolis, v. 33, n. 3, p. 97–104, 1989. HOWARTH, M. J.; LAM, Y. W. An assessment of the accuracy of a hybrid room acoustics model with surface diffusion facility. Applied Acoustics, Kidlington, v. 60, n. 2, p. 237-251, 2000. IAZZETTA, F.; FIGUEIREDO, F.; MASIERO, B. Parâmetros subjetivos em salas destinadas à pratica musical. In: IBEROAMERICAN ACOUSTIC CONGRESSO, 4., Guimarães, 2004. Proceedings… Guimarães: [s.n.], 2004. v. 4, p. 2-6.

111 IAZZETTA, F.; KON, F.; SILVA, F. S. C. ACMUS: design and simulation od music listening environments. In: CONGRESSO DA SOCIEDADE BRASILEIRA DE COMPUTAÇÃO, 21., 2001, Fortaleza. Anais…Fortaleza, SBC, 2001. JEONG, C.-H.; IH, J.-G.; RINDEL, J. H. An approximate treatment of reflection coefficient in the phased beam tracing method for the simulation of enclosed sound fields at medium frequencies. Applied Acoustics, Kidlington, v. 69, n. 7, p. 601-613, 2008. KINSLER, L. E.; FREY, A. R.; COPPENS, A. B.; SANDERS, J. V. Fundamentals of acoustics. 3. ed. New York: John Wiley & Sons, 1982. KINSLER, L.; FREY, A.; COPPENS, A.; SANDERS, J. Fundamentals of acoustics. 4. ed. New York: John Wiley & Sons, 1999. KUTTRUFF, K. H. Room acoustics. 2. ed. London: Applied Science, 1979. LMS INTERNATIONAL. RAYNOISE: user manual: numerical integration technologies. Leuven: LMS International, 1993. MACHADO, P. A. L. Direito ambiental brasileiro. 11. ed. São Paulo: Malheiros, 2001. MAGNANI, F. G.; BORGES, E. N. M.; COSTA, E. S. Estudo da atenuação de ruídos por barreiras acústicas situadas em ambientes fechados. In: SEMANA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA, 6., 2010, . Anais... Belo Horizonte: CEFET-MG, 2010. NAGEM, M. P. Mapeamento e analise do ruído ambiental: diretrizes e metodologia. 2004. 133 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2004. NEPOMUCENO, L. X. Acústica. São Paulo: Edgard Blücher, 1977. NEPOMUCENO, L. A. Elementos de acústica física e psicoacústica. São Paulo: Edgard Blücher, 1994. ONDET, A. M.; BARBRY, J. L. Modeling of sound propagation in fitted workshops using ray tracing. Journal of the Acoustical Society of America, Melville, v. 85, n. 2, p. 787-796, 1989. PIMENTA, P. S.; SOARES, S. C.; AMORIM, A.; VARA, M. S.; SANTOS, V. I. Implantação de sistema para a redução de ruído na fonte, motores de grande potência, em atendimento a NR-15 na UHE Engenheiro Sergio Motta (Porto Primavera) – CESP. Rio de Janeiro: ABRAMAN, 2011. Disponível em: <http://www.abraman.org.br/docs/Resumo_TT_2011.pdf>. Acesso em: 15 abr. 2012. PLEECK, D.; DE GEEST, E. The practical application of a ray tracing program in industrial noise control. In: EURO NOISE – INTERNATIONAL INCE SYMPOSIUM, 1., 1995, Lyon. Proceedings... Senlis: CETIM, 1995. p. 43-48. PORTELA, M. S. Caracterização de fontes sonoras e aplicação na auralização de ambientes. 2008. 121 f. 2008. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2008.

112 REMLEY, A. K. Improving the accuracy of ray tracing techniques for indoor propagation modeling. IEEE Transactions on Vehicular Technology, Piscataway, v. 49, n. 6, Nov. 2000. REYNOLDS. D. Engineering principles of acoustics: noise and vibration control. Boston: Allyn and Bacon, 1981. RIENSTRA, W. S; HIRSCHBERG, A. An introduction to acoustics. Eindhoven: Eindhoven University of Technology, 2004. 294 p. RINDEL, J. H. The use of computer modeling in room acoustics. Journal of Vibroengineering, Kaunas, v. 3, n. 4, p. 41-72, 2000. RINDEL, J. H. Computer simulation techniques for acoustical design of room. Acoustics Australia, Goolwa, v. 23, n. 3, p. 81-86, 1995. RODRIGUES, M. N. Metodologia para definição de estratégia de controle e avaliação de ruído ocupacional. 2009. 117 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Estruturas) – Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2009. RUSSO, C. P. A importância da acústica e da psicoacústica para a audiologia: a influência da acústica das salas de aula na percepção da fala. Revista de Acústica e Vibrações, Santa Maria, n. 16, dez. 1995. SORAINEN, E.; KOKKOLA, H. Optimal noise control in a carpentry plant. Applied Acoustics, Kidlington, v. 61, n. 1, p. 37-43, 2000. SOUZA, M. C. R. Determinação da potência sonora em ambientes industriais por intensimetria acústica. 2003. 110 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Produção) – Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2003. SOUZA, M. C. R. Previsão do ruído em salas por raios acústicos e ensaios experimentais. 1997. 114 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 1997. STEVENS, S. S.; WARSHOFSKY, F. Som e audição. Rio de Janeiro: José Olympio, 1968. (Biblioteca Científica Life). SVENSSON, P. The early history of ray tracing in room acoustics. Trondheim: Norwegian University of Science and Technology, 2008. Reprint from: Reflections on Sound, in honour of Professor Emeritus: Asbjørn Krokstad. TENENBAUM, R. A.; CAMILO, T. S. Método híbrido para simulação numérica de acústica de salas: teoria, implantação computacional e validação experimental. In: SEMINÁRIO MÚSICA CIÊNCIA TECNOLOGIA: ACÚSTICA MUSICAL, 1., 2004, São Paulo. Anais... São Paulo: IME, 2004. p. 26-40. URÍA TORO, M. G. Avaliação acústica de salas de aula em escolas públicas na cidade de Belém-PA: uma proposição de projeto acústico. 2005. 174 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal do Pará, Belém, 2005.

113 VENTURA, J. Modelação do ruído ambiente no campus da ESTG: comparação entre a utilização de uma técnica geoestatística (kriging) e software de previsão acústica. Acústica, Coimbra, 11 p., 22 out. 2008. VÖRLANDER, M. Auralization. Berlin: Springer, 2008. VORLÄNDER, M. Simulation of the transient and steady-state sound propagation in rooms using a new combined ray-tacing/image-source algorithm. Journal of the Acoustical Society of America, Melville, v. 86, n. 1, p. 172-178, 1989. XIANGYANG, Z.; KE-AN, C.; JINCAI, S. Development of a hybrid computer model for simulating the complicated virtual sound field in enclosures. Applied Acoustics, Kidlington, v. 63, n. 5, p. 481-491, 2002. ZHANG, Y. A method reverberation time in concert hall preliminary design stage. 2005. 163 f. Tese (Doutorado) – Georgia Institute of Technology, Atlanta, 2005. WANG, C.; BRADLEY. J. S. A mathematical model for a single screen barrier in open plan offices. Applied Acoustics, Kidlington, v. 63, n. 8, p. 849-866, 2001. WOLFGANG, P. Sound propagation in workrooms. Greifenberg: Datakustik, 2010. 2 p.

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