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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
CONTROL DE RUIDO DE UN VENTILADOR INDUSTRIAL
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN
COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
P R E S E N T A N:
JORGE ARTURO DIANICIO RAMÍREZ ERIK FERNANDO RINCÓN SEDEÑO
ASESORES:
SERGIO GARCÍA BERISTAIN PABLO LIZANA PAULIN
MÉXICO, D.F. 2010
RESUMEN Uno de los problemas que tiene la industria cementera es la gran cantidad de
ruido que producen las máquinas y herramientas. Experimentalmente se ha
comprobado que dicho ruido decrementa el desempeño laboral de los empleados y
trabajadores que se encuentran inmersos en dicho ambiente. La cementera Cruz Azul,
tiene instalado un motor electromecánico dentro del sistema de ventilación de un
horno de alta temperatura, que genera altos niveles de ruido, los cuales no son
permitidos por la Norma Mexicana NOM‐011‐STPS‐2001.
Esta tesis presenta la alternativa del diseño de un aislamiento acústico, ya que
en este caso es la mejor técnica de control de ruido; dicho aislamiento esta formado de
paredes de compuestos aglomerados (ladrillo), y un techo de hormigón, acompañados
de paneles de fibra de vidrio en el interior del cuarto. Cabe mencionar que en dos
paredes encontramos silenciadores acústicos rectangulares y un ventilador helicoidal
para la ventilación de la máquina.
Los resultados que se presentan son cálculos que permiten reducir el ruido
ambiental (ventilador industrial) así como los cálculos que permiten analizar y conocer
los diferentes tipos de materiales empleados en un aislamiento acústico (Hormigón y
compuestos aglomerados). Se presentan también tablas y figuras que muestran el
comportamiento de los componentes acústicos analizados. Cabe mencionar que se hizo
un análisis de costos, que permiten la implementación práctica de este trabajo.
Agradecimientos
‐ Queremos agradecer a la Fábrica Cementera Cruz Azul, por habernos dado la
facilidad de entrar a sus instalaciones para la toma de mediciones, así como a
sus Ingenieros y Trabajadores quienes nos proporcionaron la información
necesaria para llevar acabo nuestro proyecto.
‐ Agradecemos a nuestras familias y amigos, por el apoyo incondicional durante
todos estos años.
‐ A los Maestros Sergio Beristain y Pablo Lizana, por compartir con nosotros sus
conocimientos y tiempo, los cuales fueron pieza clave para la realización de este
proyecto.
‐ A los Maestros Maximino Peña y José Negrete, quienes con sus revisiones,
sugerencias y correcciones, enriquecieron nuestro trabajo.
‐ Y finalmente al Instituto Politécnico Nacional.
Índice General
Introducción 1
Justificación 3
Objetivo 5
Capítulo 1. El Ruido y sus Afecciones 6
1.1 La estructura del oído 6
1.2 El efecto del ruido en los humanos 7
Capítulo 2. El Control de Ruido 10
2.1 Programas para el control de ruido 10
2.2 Métodos para controlar y combatir el ruido 11
2.2.1 En su fuente 11
2.2.2 Barreras o aislamiento acústico 12
2.2.3 En el propio trabajador 13
2.3 Puntos importantes acerca de los métodos para controlar el ruido 14
Capítulo 3. Los Ventiladores Industriales 16
3.1 Tipos de ventiladores Axiales 17
3.2 Tipos de ventiladores Centrífugos 18
3.3 Los ventiladores y el concepto del ruido 20
Capítulo 4. Descripción del Problema
4.1 Generalidades 22
4.2 Reconocimiento del Área 23
4.3 Método de Evaluación 24
4.3.1 Características de la Evaluación 24
4.3.2 Cálculos en base a la formula del Nivel Sonoro “A 27
Capítulo 5. Propuesta de Solución 29
5.1 Diseño y Cálculos del Aislamiento Acústico 29
5.1.1 Techo 32
5.1.2 Pared Trasera 33
5.1.3 Pared Frontal 33
5.1.4 Pared Lateral (Izquierda y Derecha 36
5.2 Determinación del nivel de ruido dentro del Aislamiento Acústico 43
5.3 Costos 45
Resultados Obtenidos 49
Conclusiones 56
Bibliografía y Referencias 58
Índice de Figuras
Página Figura 1.‐ Sistema general del oído humano 6 Figura 2.‐ Sistema interno del oído humano 7 Figura 3.‐ Efecto que causa el ruido 9 Figura 4.‐ Aislamiento de ruido en los propios trabajadores 13 Figura 5.‐ Ventiladores Axiales 16 Figura 6.‐ Ventiladores Centrífugos 16 Figura 7.‐ Ventilador Helicoidal 18 Figura 8.‐ Ventilador Tubo Axial 18 Figura 9.‐ Ventilador Centrifugo con Alabes curvados hacia delantal 19 Figura 10.‐ Ventilador Centrifugo con Alabes curvados hacia atrás 19 Figura 11.‐ Ventilador Centrifugo con Alabes radiales 20 Figura 12.‐ Ventiladores Centrífugos 20 Figura 13.‐ Croquis de la ubicación de la Fabrica Cementera Cruz Azul 22 Figura 14.‐ Áreas de evaluación dentro de la Cementera 23 Figura 15.‐ Plano del área en donde se encuentra el ventilador 25 Figura 16.‐ Diseño del aislamiento Acústico 31 Figura 17.‐ Losa de hormigón 32 Figura 18.‐ Panel de Fibra de Vidrio con Velo Acústico Negro 32 Figura 19.‐ Silenciador rectangular, donde L1= Ancho, L2=Alto, L3= Largo 37 Figura 20.‐ Orejeras 46 Figura 21.‐ Tapones Auditivos 47 Figura 22.‐ Curva obtenida después de realizar el Aislamiento Acústico: Techo 49 Figura 23.‐ Curva obtenida después de realizar el Aislamiento Acústico: Pared Trasera 50 Figura 24.‐ Curva obtenida después de realizar el Aislamiento Acústico: Pared Frontal 51 Figura 25.‐ Curva obtenida después de realizar el Aislamiento Acústico: Pared Lateral Izquierda
52
Figura 26.‐ Curva obtenida después de realizar el Aislamiento Acústico: Pared Lateral Derecha
53
Índice de Tablas
Página Tabla 1.‐ Niveles, y horas de exposición permitidos en la industria 3 Tabla 2.‐ Mediciones de los 4 puntos de evaluación del ventilador 25 y
26 Tabla 3.‐ Niveles de presión sonora del ventilador industrial en Bandas de Octava 29 Tabla 4.‐ Rango de nivel de criterio de ruido para ingeniería pesada 29 Tabla 5.‐ Niveles de presión Sonora para el criterio de ruido 55 en bandas de octava 30 Tabla 6.‐ Resultado de la diferencia de la reducción del nivel de ruido del ventilador con el criterio de ruido 55
30
Tabla 7‐ Resultado de la reducción de la fuente (Ventilador Industrial), por efecto del techo
32
Tabla 8‐ Resultado de la reducción de la fuente (Ventilador Industrial), por efecto de la pared trasera
33
Tabla 9.‐Resultado de la reducción del ruido de la fuente por efecto de la parte de la pared de Ladrillo con fibra de vidrio
34
Tabla 10.‐ Resultado de la reducción del ruido de la fuente por efecto de la puerta sencilla de madera
34
Tabla 11.‐ Conversión de los valores de decibeles a pascales del ladrillo con fibra de vidrio
35
Tabla 12.‐ Conversión de decibeles a pascales por parte de la puerta sencilla de madera 35 Tabla 13.‐ Promedio de los valores de la combinación de la pared puerta de madera y del ladrillo con fibra de vidrio
35
Tabla 14.‐ Conversión a decibeles del resultado de la raíz del promedio de los materiales para la pared frontal
36
Tabla15.‐ Nivel de presión sonora resultante para la pared frontal del aislamiento acústico
36
Tabla 16.‐ Suma de los niveles de ruido de la fuente y el ventilador helicoidal 38 Tabla 17.‐ Resultado de la diferencia del nivel de la suma de la fuente y el ventilador helicoidal por efecto del silenciador acústico rectangular
38
Tabla 18.‐ Suma logarítmica del silenciador con la turbulencia que genera el mismo silenciador rectangular
39
Tabla 19.‐ Conversión de decibeles a pascales por efecto del ladrillo con fibra de vidrio 39 Tabla 20.‐ Conversión de decibeles a pascales por efecto del silenciador rectangular 39 Tabla 21.‐ Promedio de la suma del silenciador acústico y el ladrillo con fibra de vidrio 40 Tabla 22.‐ Raíz del promedio de la combinación de los materiales (Silenciador y Ladrillo con Fibra de Vidrio)
40
Tabla 23.‐ Resultado de la reducción del nivel por efecto de la pared lateral izquierda en frecuencias de octava
40
Tabla 24.‐Resultado de la diferencia de la reducción de ruido de la fuente por efecto del ladrillo con fibra de vidrio
41
Tabla 25.‐ resultado de la resta del nivel de ruido de la fuente por efecto del silenciador 41 Tabla 26.‐ Suma de nivel resultado del silenciador con el nivel por turbulencia del mismo
41
Tabla 27.‐ Conversión de decibeles a pascales del ladrillo con fibra de vidrio 42 Tabla 28.‐ Conversión de decibeles a pascales del silenciador acústico rectangular 42 Tabla 29.‐ Promedio de la suma de los niveles de los materiales, correspondiente a la pared lateral derecha
42
Tabla 30.‐ Raíz del promedio del silenciador y el ladrillo con fibra de vidrio (Pared Lateral Derecha)
43
Tabla31.‐ Resultado de la reducción de los niveles de ruido de la fuente por efecto de la pared lateral derecha
43
Tabla 32. ‐ Coeficiente de absorción y área de los materiales absorbentes de las paredes en el interior del aislamiento
44
Tabla 33.‐ Costos del proyecto de aislamiento acústico 46 Tabla 34.‐ Nivel de protección auditiva que proporcionan los protectores auditivos dentro del aislamiento acústico
54
Tabla 35.‐ Comparación de los costos de las tres opciones que integran el estudio económico a varios años
55
1
Introducción. Una de las principales problemáticas que existen en la industria de la transformación
es el ruido, causado por máquinas de este ramo, el cual se puede definir como un
“sonido no deseado”, que puede ser causado por agentes tales como: falta de
mantenimiento, mal uso, y fallas de tipo mecánico o eléctrico, entre otras.
Para evaluar la magnitud del ruido y por ende la problemática que este genera, se
solicitó la autorización para visitar la “Planta Industrial Ciudad Cooperativa Cruz Azul”,
ubicada en la Carretera Tula‐Tepeji del Río, Km. 6, Cd. Cooperativa Cruz Azul,
Hidalgo., Municipio de Tula de Allende, Hidalgo.
En el interior de esta empresa, se procedió a realizar un reconocimiento inicial, en el
área de producción, en la cual se detectó un ventilador industrial marca SKF, que
maneja 250 HP, con un voltaje de 220 a 460 V y con 1787 R.P.M., el cual forma parte
del proceso de manufactura del cemento, ya que se utiliza para enfriar la parte externa
del horno de producción.
Dicho ventilador emite altos niveles de ruido, lo que lo convierte en una amenaza para
el sistema nervioso de los trabajadores que laboran en esta área, produciéndoles graves
lesiones auditivas que en la mayoría de los casos no son reversibles, por el hecho de
que la exposición al mismo es continua durante largos períodos de tiempo.
Con el propósito de determinar que la opción de solución más viable al problema
descrito con anterioridad, es el de realizar un aislamiento acústico, a continuación se
describe el contenido del proyecto requerido:
En el capítulo 1 se describe brevemente el ruido y los daños que causa este, en el
organismo humano.
En el capítulo 2 se realiza una descripción de los programas de control de ruido, y los
métodos que existen para llevarlos acabo como son: en la fuente, el aislamiento
acústico, y en el propio trabajador.
En el capítulo 3 se hace una descripción de los ventiladores industriales, sus tipos y
características principales.
2
En el capítulo 4 se hace la descripción del problema, además de que se habla
brevemente de las instalaciones, se mencionan las mediciones, y los cálculos de los
niveles de emisión de ruido generados por el ventilador.
En el capítulo 5 se propone la solución más viable a dicho problema tomando en
consideración los materiales y los costos de cada uno de ellos, para la toma de
decisiones.
Finalmente se establecen los resultados obtenidos, y las conclusiones.
3
Justificación.
Con base en la Norma Oficial Mexicana NOM‐011‐STPS‐2001: Para un trabajador el
máximo nivel de ruido permitido en el puesto de trabajo dentro de una empresa, no
puede superar los 90 dB(A) durante 8 horas diarias continuas, además de que es
aconsejable que el ambiente sonoro, no sea superior a 80 dB(A).
En la fábrica Cementera Cruz Azul, se encontró un ventilador industrial que genera
altos niveles de ruido para las personas que operan y trabajan cerca de dicha máquina,
causándoles diversos problemas, como la perdida de la sensibilidad auditiva, entre
otros.
A continuación se presenta la Tabla 1, la cual contempla la relación entre el número
de horas de la jornada de trabajo y los niveles de exposición al ruido permitidos,
aplicada a la industria en general:
Tabla 1.‐ Niveles, y horas de exposición permitidos en la industria, por la NOM‐011‐STPS‐2000.
Comparando los niveles de emisión de ruido generados por el ventilador, y los
mostrados en la tabla anterior, se comprobó que este se encuentra fuera de norma para
los niveles de emisión de ruido permitidos, ya mencionados.
4
Por lo cual se consideró necesario realizar el “Proyecto de un Aislamiento Acústico”,
con el propósito de reducir los niveles de ruido, emitidos por dicho ventilador.
5
Objetivo.
Controlar el ruido causado por un ventilador industrial, que está ubicado dentro del
área de producción de la fábrica Cementera “Cruz Azul”, en Tula de Allende Hidalgo;
por medio del Proyecto de un Aislamiento Acústico; tomando en consideración las
propiedades de los materiales y los costos de los mismos para su utilización.
6
Capítulo 1. El Ruido y sus Afecciones.
Antes de hablar del ruido y de los problemas que este provoca, es necesario describir
la estructura del oído humano.
1.1 La estructura del oído.
Cuando las ondas sonoras llegan al oído, se transforman en señales enviadas al cerebro
a través de tres partes diferentes del oído:
El oído externo
El oído medio, y
El oído interno
En la Figura 1, se muestra la estructura del oído humano:
Figura 1.‐ Sistema general del oído humano. El oído externo está diseñado para recibir las ondas sonoras, y éstas a su vez excitan al
tímpano poniéndolo en movimiento, dichas vibraciones se transmiten a través de los
huesecillos que son: el martillo, el yunque y el estribo.
7
Estos huesecillos se conectan con la ventana oval, la cual pertenece al oído interno, y
como el tímpano es aproximadamente 20 veces mayor que dicha ventana las
vibraciones se amplifican.
Posteriormente la ventana oval pasa las ondas sonoras a la cóclea (caracol), y el fluido
contenido en esta transmite las vibraciones al órgano real de la audición llamado el
órgano de Corti. Este órgano contiene más de 30.000 células sensoriales conocidas
como cilios.
Cuando los cilios se agitan, producen pulsos eléctricos los cuales son transmitidos al
sistema nervioso central.
En la Figura 2, se muestra tanto al oído medio así como el interno:
Figura 2.‐ Sistema interno del oído humano.
1.2 El efecto del ruido en los humanos.
El sentido que es considerado como uno de los más importantes para la mayoría de la
sociedad, es el de la vista, ya que es crucial para el desarrollo de las actividades
personales, el aprendizaje y el trabajo.
Pero no debemos dejar a un lado el del oído. El cual es el principal y más sensible
mecanismo de advertencia. La gente se comunica principalmente a través de las
palabras y el oído además de percibirlas, recibe impresiones de todas las direcciones, y
está abierto a impulsos tanto si una persona está despierta así como dormida.
8
La sociedad moderna ha creado un ambiente en el que el oído es el órgano sensitivo
que más fácil y con mayor frecuencia se daña, ya que no está diseñado para soportar y
excluir la mayoría del sonido y del ruido que existe en la sociedad industrial actual,
por lo tanto, puede resultar seriamente dañado a causa de un ruido elevado ya sea
continuo o intermitente.
La pérdida de audición puede tener como consecuencia el aislamiento parcial o total de
una persona con respecto a su medio ambiente. Una pérdida de esa índole nunca
puede repararse ya que es un daño irreversible.
En el pasado, una máquina ruidosa era símbolo de fuerza y potencia. Dicho de otra
manera, la gente se acostumbraba al ruido y lo aceptaba porque una máquina ruidosa
era símbolo de ingresos. Sin embargo el hecho de que aquellas personas estuvieran
expuestas al ruido y llegaran a estar sordos se consideraba una consecuencia normal de
su actividad y no se hacía nada por corregirlo o incluso evitarlo.
En la actualidad, ya no se tiene por qué aceptar este razonamiento, existen medios para
la eliminación del ruido, tanto en el puesto de trabajo, así como en los hogares. Es
simplemente cuestión de concientizar a la gente, de los peligros y de sus consecuencias,
para que puedan tomar medidas viables.
La diferencia entre el sonido y el ruido está en que el ruido es un sonido no deseado.
Así mismo el que un sonido se considere ruido o no, está en función a un valor
determinado con base a una norma.
Con relación al ruido, a menudo se mencionan tres tipos de efectos:
• Psicológico.
• De Enmascaramiento.
• Físico.
9
La Figura 3 muestra algunas fuentes de ruido que pueden generar efectos dañinos a
quien los escucha:
Figura 3.‐ Efecto que causa el ruido.
Los efectos psicológicos consisten en la irritabilidad causada por un ruido continuo o
variable. En este tipo de efecto, la intensidad del ruido no tiene por que ser elevada,
especialmente si se relaciona con la relajación o el sueño, por lo que un grifo que gotea,
o el murmullo apagado del tráfico, pueden ser suficientes para tal reacción.
Un ruido irritante en el puesto de trabajo altera la concentración, disminuye la
capacidad laboral y su ejecución.
En términos generales, la irritabilidad aumenta en proporción directa al volumen del
ruido, y si el ruido contiene frecuencias muy elevadas es particularmente molesto.
Se dice que hay enmascaramiento cuando el ruido, evita que el oído interprete otras
señales sonoras, por ejemplo, conversaciones o avisos sonoros. Por lo tanto el
enmascaramiento puede aumentar el riesgo de accidentes en el puesto de trabajo.
El principal efecto físico del ruido en los humanos es el daño generado en el oído
interno. El oído puede dañarse de manera aguda por una exposición extremadamente
intensa como el tiro de un rifle, o poco a poco, mediante una exposición sucesiva como
por ejemplo, el ruido industrial.
Otros efectos físicos son, una elevada presión sanguínea, respiración acelerada y
mayor producción de jugos gástricos; es decir la circulación sanguínea, el sueño y la
digestión, son afectados.
Todo ello puede conducir a padecer jaquecas, nauseas, tensión muscular y fatiga física
y mental, lo que a su vez produce una alteración general en el organismo.
10
Capítulo 2. El Control de Ruido.
2.1 Programas para el control de ruido.
Las autoridades en todo el mundo han impuesto restricciones con respecto a los niveles
de ruido en los diferentes puestos de trabajo, por lo que se deben tomar medidas para
reducir el ruido al nivel más bajo posible. Entre otras cosas, un programa de control de
ruido debe ponerse en marcha si los niveles de ruido exceden los límites existentes. El
personal no debe estar expuesto a ruidos que puedan dañar su audición.
Los empleados que sospechen que los niveles de ruido en su puesto de trabajo son
demasiado elevados deben dirigirse a sus superiores para obtener ayuda inmediata.
La Norma Oficial Mexicana NOM‐011‐STPS‐2001, indica que el nivel sonoro continuo
de exposición al ruido durante una jornada laboral debe de ser menor a 90 dB, y si esto
no es así, se deberá informar a los empleados sobre los riesgos de la exposición al
ruido, y las formas de solución, tanto personales, como a nivel empresarial.
El ruido en el puesto de trabajo debe medirse de manera periódica, y al momento de
ser detectado un riesgo mayor, por ejemplo cuando se excedan las limitaciones de
ruido establecidas.
Los resultados deben registrarse y archivarse con el propósito de formar un libro de
registros. La medición y esquematización del ruido son necesarias cuando se lleva a
cabo un programa de control de ruido.
Los fabricantes de máquinas industriales deben diseñarlas para generar el menor ruido
posible. Al comprar una nueva máquina o cualquier otro equipo, es importante elegir
las alternativas más silenciosas que existan.
La maquinaria y los equipos deben llevar un programa de mantenimiento para evitar
que con el paso del tiempo, se vuelvan ruidosas. Los lugares de trabajo deben estar
diseñados acústicamente para absorber el ruido y mantenerlo en un mínimo absoluto.
11
2.2 Métodos para controlar y combatir el ruido.
El ruido en el lugar de trabajo se puede controlar y combatir por medio de tres
maneras: en su fuente, poniéndole barreras y, en el trabajador mismo.
2.2.1 En su fuente.
Al igual que con otros tipos de contaminación, la mejor manera de evitarlo es
eliminándolo desde su emisión.
Así pues, combatir el ruido en su fuente es la mejor manera de controlar el ruido, sin
embargo para aplicar este método, puede ser necesario incluso sustituir alguna
máquina ruidosa.
El propio fabricante puede combatir el ruido en la fuente, haciendo que los elementos
que intervienen en su funcionamiento no sean ruidosos. Hoy en día, las máquinas
deben ajustarse a las normas vigentes sobre ruido y, por lo tanto, antes de adquirir
nuevas máquinas, se debe comprobar si cumplen con las normas relacionadas con el
ruido.
Desafortunadamente, las máquinas antiguas generalmente producen niveles elevados
de ruido por lo que es necesario, que sean sustituidas por nuevos modelos y por lo
tanto más silenciosos.
Lamentablemente estas máquinas se exportan a los países con nivel de desarrollo
inferior, haciendo que los trabajadores de éstos paguen la aparente ventaja de su
compra, con la pérdida de audición, el incremento de la tensión, etc.
También se puede organizar el control del ruido en la fuente, haciendo ajustes en las
piezas de la misma, con lo cual se disminuye el ruido.
Otros métodos mecánicos para disminuir el ruido son:
• Impedir o disminuir el choque entre piezas de la máquina.
• Sustituir piezas de metal por piezas de plástico más silenciosas.
12
• Aislar las piezas de la máquina que sean particularmente ruidosas.
• Colocar ventiladores más silenciosos o poner silenciadores en los conductos de
los sistemas de ventilación.
• Utilizar silenciadores o amortiguadores en los motores eléctricos.
• Una placa rígida de 1.5mm; Disminuye las vibraciones.
También son eficaces para disminuir los niveles de ruido: el mantenimiento, y la
lubricación periódica, además de la sustitución de las piezas gastadas o defectuosas.
Finalmente se puede decir que una máquina que vibra en un piso duro es una fuente
habitual de ruido. En cambio si se colocan las máquinas que vibran sobre colchones de
caucho u otros materiales amortiguadores se disminuirá notablemente el problema.
2.2.2 Barreras o aislamiento acústico.
Si no se puede controlar el ruido en la fuente, puede ser necesario aislar la máquina, lo
cual se puede hacer a través de dos alternativas: alzar barreras que disminuyan el
ruido entre la fuente y el trabajador o encerrar la fuente.
A continuación se presentan algunos puntos que hay que recordar si se pretende
controlar el ruido poniéndole barreras o encerrando la fuente de ruido:
• Si se pone una barrera, ésta no debe estar en contacto con ninguna pieza de la
máquina.
• En la barrera debe haber el número mínimo posible de orificios y obstruirlos
adecuadamente.
• Si se encierra la fuente de ruido las puertas de acceso y los orificios de los cables
y tuberías deben ser rellenados con juntas de caucho.
• Hay que silenciar y alejar de los trabajadores las salidas y turbulencias de aire.
• De ser posible, se deben utilizar materiales que absorban el ruido en las
paredes, los suelos y los techos.
13
2.2.3 En el propio trabajador.
El control del ruido en el propio trabajador, se realiza utilizando protectores auditivos,
desafortunadamente es la forma más habitual, pero la menos eficaz de controlar y
combatir el ruido.
Obligar al trabajador a adaptarse al lugar de trabajo es siempre la forma menos
conveniente de protección frente a cualquier riesgo. Por lo general, hay dos tipos de
protección de los oídos: tapones de oídos y orejeras.
Enfatizando que ambos tienen por objeto evitar que el ruido excesivo llegue al oído
interno, ya que se convertiría en un daño permanente.
Los tapones para los oídos (Figura 4), se meten en el oído y pueden ser de materiales
muy distintos, entre ellos están el caucho, plástico o cualquier otro que se ajuste bien
dentro del oído. Sin embargo son el tipo menos conveniente de protección del oído,
porque no protegen en realidad con gran eficacia del ruido y pueden infectar los oídos
si queda dentro de ellos algún pedazo del tapón o si se utiliza un tapón sucio.
Figura 4.‐ Aislamiento de ruido en los propios trabajadores.
Las orejeras (Figura 4), protegen más que los tapones de oídos si se utilizan
correctamente. Cubren toda la zona del oído y lo protegen del ruido. Son menos
eficaces si no se ajustan perfectamente o si además de ellas se llevan lentes.
Los protectores auditivos son la manera menos aceptable de combatir un problema de
ruido en el lugar de trabajo, porque:
14
• El ruido sigue estando ahí: no se ha reducido.
• Si hace calor y hay humedad los trabajadores suelen preferir los tapones de
oídos (que son menos eficaces) porque las orejeras los hacen sudar y estar
incómodos.
• La empresa no siempre facilita el tipo adecuado de protectores auditivos, sino
que a menudo sigue el principio de ʺcuanto más barato, mejorʺ.
• Los trabajadores no pueden comunicarse entre sí ni pueden oír las señales de
alarma.
• Si se facilitan protectores auditivos en lugar de combatir el ruido en la fábrica,
la empresa pasa la responsabilidad al trabajador y éste tiene la culpa si contrae
sordera.
• No es posible verificar si los trabajadores traen puestos correctamente los
protectores auditivos.
2.3 Puntos importantes acerca de los métodos para
controlar el ruido.
1. El mejor método es el que consiste en combatir el ruido en su fuente, lo cual puede
hacerlo el propio fabricante, aplicando cambios mecánicos a la fuente misma; mediante
actividades de mantenimiento, lubricado y sustitución periódicas de las piezas, o bien
cambiando la manera en que se manipulan los materiales.
2. Se puede combatir el ruido mediante barreras que confinen la fuente, alzando
barreras reductoras de ruido entre el trabajador y la fuente, o encerrando la fuente de
ruido.
3. La última línea de defensa consiste en disminuir la exposición al ruido facilitando a
los trabajadores protectores auditivos, que es la forma menos eficaz de luchar contra el
ruido. Este método hace que el responsable de proteger su sentido del oído sea el
propio trabajador.
15
4. Si los trabajadores tienen que llevar protectores auditivos, es recomendable leer las
instrucciones de los distintos protectores auditivos para averiguar el grado de
protección que prestan, además de analizar la información con el empresario antes de
comprarlos.
5. Finalmente es crucial capacitar a los trabajadores para que sepan usar
adecuadamente los protectores auditivos y que conozcan la importancia de usarlos
durante la jornada laboral.
16
Capítulo 3. Los Ventiladores Industriales.
Los ventiladores son definidos como máquinas rotativas que transmiten energía al
fluido que circula a través de ellas, bajo la forma de aumento de presión.
Tienen diversos usos en la industria tales como:
Introducir y extraer aire y otros gases en reactores, torres de enfriamiento y hornos
rotatorios; también ayudan en la combustión de los hornos, o simplemente ventilan,
para dar seguridad y comodidad, por lo cual son considerados como equipos básicos
tanto en empresas, oficinas, o en casas habitación.
Los ventiladores normalmente se clasifican en dos tipos que son:
‐Axiales.‐ En los que el aire o gas se mueve paralelo al eje de rotación (Figura 5).
‐Centrífugos.‐ El aire o gas se mueve perpendicular al eje (Figura 6).
Figura 5.‐ Ventiladores Axiales.
Figura 6.‐ Ventiladores Centrífugos.
17
Previo a la descripción de los tipos de ventiladores, es conveniente mencionar algunas
definiciones que permitirán comprender de mejor manera su funcionamiento.
Caudal: Flujo volumétrico determinado para la densidad del aire.
Presión Estática: Presión del aire debida solo a su grado de compresión. Puede ser
positiva o negativa.
En el ventilador es la diferencia entre la presión estática de salida y la presión total a la
entrada.
Presión Dinámica: Presión del aire debida solo a su movimiento. La presión dinámica
puede ser solo positiva. En el ventilador será la correspondiente al promedio de las
velocidades a la salida del ventilador.
Presión Total: Presión del aire debida a su compresión y movimiento. Es la suma
algebraica de las presiones dinámica y estática en un punto determinado. Por lo tanto,
si el aire está en reposo, la presión total es igual a la presión estática. En el ventilador
será la diferencia entre las presiones totales.
3.1 Tipos de Ventiladores Axiales.
Helicoidal.
Ventiladores aptos para mover grandes caudales de aire con bajas presiones. Son de
bajo rendimiento. La transferencia de energía se produce mayoritariamente en forma
de presión dinámica.
Se utilizan para la circulación y extracción de aire en naves industriales. Su instalación,
es en la pared sin ningún conducto.
En la Figura 7 se muestra un ventilador de este tipo:
18
Figura 7.‐ Ventilador Helicoidal.
Tubo Axial.
Tienen rendimiento algo superior al anterior y es capaz de desarrollar una presión
estática mayor.
Se utiliza en instalaciones de ventilación, calefacción y aire acondicionado que
requieran altos caudales con presión de media a baja.
Además de que se utiliza en algunos sistemas industriales como cabinas de pintura y
extracciones de humos. A continuación en la Figura 8, se puede observar un ventilador
de este tipo:
Figura 8.‐ Ventilador Tubo Axial.
3.2 Tipos de Ventiladores Centrífugos.
Alabes curvados hacia delante.
Estos ventiladores (Figura 9), tienen una hélice o rodete con los alabes curvados en el
mismo sentido que la dirección de giro, se utilizan para mover caudales de medios a
altos con bajas presiones.
19
Las numerosas aspas cóncavas tienden a retener las partículas contaminantes; por ello,
su uso se limita a manejar el aire más limpio.
Se utiliza en instalaciones de ventilación, calefacción y aire acondicionado.
La rueda con curvatura hacia adelante gira con más lentitud que las de otros tipos, por
lo cual es preferible para aplicaciones con altas temperaturas.
Figura 9.‐ Ventilador Centrifugo con Alabes curvados hacia delante.
Alabes curvados hacia atrás. Rotor con alabes curvados hacia atrás (Figura 10), es de alto rendimiento. Puede girar a
velocidades altas.
Se emplea para ventilación, calefacción y aire acondicionado. También puede ser usado
en aplicaciones industriales, con ambientes corrosivos.
Figura 10.‐ Ventilador Centrifugo con Alabes curvados hacia atrás.
Alabes Rectos o Radiales. Estos ventiladores (Figura 11), son los más comunes en la industria, ya que manejan
caudales bajos y medianos a altas presiones, y son utilizados para manejar corrientes
de aire con alto contenido de partículas.
20
Sus aplicaciones van desde mover aire limpio hasta el transporte de polvo, astillas de
madera e incluso fragmentos de metales.
Figura 11.‐ Ventilador Centrifugo con Alabes radiales.
En la Figura 12 se muestran algunos ventiladores centrífugos:
Figura 12.‐ Ventiladores Centrífugos.
3.3 Los ventiladores y el concepto del ruido.
En general los ventiladores mas eficientes producen un mínimo de ruido llevado por el
aire; pero el ruido por vibración de las estructuras circundantes, el ruido mecánico
ocasionado por la transmisión, y el motor, pueden ser más importantes en algunas
situaciones.
Por ello, los aspectos del ruido se deben considerar para cada caso como parte del
problema global de la selección del ventilador y no en una forma general. Al comparar
intensidades relativas del ruido, también es importante utilizar la medida uniforme de
la potencia sonora nominal del ventilador (en watts o en dB), en vez de hacerlo con
una medida no uniforme, como el nivel de presión del sonido en algún punto de
referencia.
21
Por último, una vez revisada la información anterior se puede decir que el ventilador
encontrado en la cementera es de tipo centrífugo con alabes curvados hacia el frente, el
cual presenta los siguientes parámetros:
‐ Caudal de 30,000 m3 / h.
‐ Presión de 30,000 Pascales.
22
Capítulo 4. Descripción del Problema.
4.1 Generalidades.
Con la finalidad de ubicar la fuente de ruido que viene a ser el origen del problema, se
comienza por describir la localización de la Cementera y de las colindancias (Figura
13), así como la situación de las mismas dentro del predio:
Localización de la empresa: Carretera Tula‐Tepeji del Río km. 6 Ciudad Cooperativa Cruz
Azul, Hidalgo., C. P. 42840, Municipio de Tula de Allende, Hidalgo.
Figura 13.‐ Croquis de la ubicación de la Fabrica Cementera Cruz Azul.
23
4.2 Reconocimiento del Área.
La primera acción a realizar, es el reconocimiento inicial de toda el área de producción,
esto con el propósito de localizar en las áreas de evaluación, las fuentes de mayor
emisión de ruido dentro de la empresa.
Figura 14.‐ Áreas de evaluación dentro de la Cementera.
Derivado del recorrido dentro de la planta se ubicaron seis fuentes de ruido, las cuales
están distribuidas en siete Áreas de Evaluación, tal como se muestra en la Figura 14.
Cabe enfatizar que la numeración establecida fue aleatoria y no tiene que ver con la
secuencia del proceso de la producción.
Las Áreas de Evaluación son:
Primera: SOPLADORES
Segunda: COMPRESORES
Tercera: VENTILADORES
24
Cuarta: ENFRIADORES
Quinta: MOLINO
Sexta: MOLINO DE COCKE
Séptima: VENTILADOR
Una vez realizado el reconocimiento inicial y haber evaluado las fuentes de mayor
emisión de ruido se encontró que todas las áreas de evaluación están dentro de la
norma, ya que cuentan con un aislamiento acústico a excepción del ventilador ubicado
en la parte inferior del horno. Por lo que se tomara en cuenta como el elemento base
para el desarrollo del proyecto, para mejorar las condiciones de los trabajadores.
Teniendo seleccionado al ventilador como el problema a tratar se realizaron las
mediciones pertinentes con base a la Norma Oficial Mexicana NOM‐011‐STPS‐2001.
4.3 Método de Evaluación.
La norma menciona que hay que establecer el método de medición, el cual fue de ruido
estable durante una jornada laboral de trabajo. Empleando un sonómetro con Marca:
Bruel & Kjaer, Serie: 1734921, TIPO: 2
4.3.1 Características de la Evaluación.
Se toman cuatro puntos para la evaluación así como el Transito del personal, Zonas
expuestas y el área de seguridad del ventilador. Los cuales se muestran en la Figura 15:
25
Figura 15.‐ Plano del área en donde se encuentra el ventilador.
Cabe mencionar que se realizan un total de 50 mediciones para los cuatro puntos, las
cuales se observan en la Tabla 2:
NUMERO
DE MEDICION
PUNTO 1dB(A)
PUNTO 2 dB(A)
PUNTO 3 dB(A)
PUNTO 4 dB(A)
1 102 96 99 99 2 103 97 98 99 3 102 96 99 99 4 103 95 98 99 5 102 96 99 100 6 102 96 98 100 7 103 95 98 99 8 103 95 98 99 9 102 96 98 100 10 102 96 98 100 11 102 97 98 100 12 103 96 98 99 13 102 96 98 99 14 102 95 99 99 15 102 96 99 99
26
Tabla 2.‐ Mediciones de los 4 puntos de evaluación del ventilador.
16 102 96 98 99 17 103 96 98 99 18 102 95 98 99 19 102 96 98 100 20 102 96 98 100 21 102 96 98 99 22 102 95 98 99 23 102 96 98 100 24 102 97 98 99 25 103 95 98 99 26 102 95 98 99 27 101 97 98 99 28 102 96 98 99 29 101 96 99 99 30 102 96 98 99 31 104 96 99 99 32 102 96 98 100 33 103 96 98 100 34 103 97 98 99 35 104 96 99 99 36 102 96 98 100 37 103 96 98 99 38 102 97 98 99 39 102 96 98 99 40 103 96 98 99 41 102 96 98 99 42 102 96 98 99 43 103 97 98 99 44 103 95 98 99 45 102 96 98 99 46 102 96 98 99 47 103 96 98 99 48 103 96 98 99 49 103 96 99 99 50 103 96 99 99
27
4.3.2 Cálculos en base a la formula del Nivel Sonoro “A”.
Con los datos de la tabla anterior se hicieron los siguientes cálculos:
Se utiliza la formula del Nivel Sonoro “A” (NSA), para calcular el promedio del nivel
de emisión de ruido en los cuatro puntos de evaluación de la fuente.
En donde se obtienen los siguientes valores:
Para un mejor entendimiento de estos cálculos, a continuación se desglosara el del
primer punto de medición:
28
Se tienen 50 mediciones en total, de las cuales 101 dB(A) se repite 2 veces, 102 dB(A) se
repite 30 veces, 103 dB(A) se repite 16 veces y finalmente 104 dB(A) se repite 2 veces,
los cuales se sustituyen en la formula del NSA, como se muestra a continuación:
102.40 dB(A)
Calculando el promedio de los cuatro puntos de evaluación se obtuvo un nivel de
exposición al ruido (NER), de 98.955 dB(A).
Con lo cual queda comprobado que el nivel de emisión de ruido supera por mucho el
nivel permitido por la norma NOM‐011‐STPS‐2001.
29
Capítulo 5. Propuesta de Solución.
Como solución al exceso de ruido provocado por el ventilador ya descrito, se propone
un aislamiento acústico, debido a que es en este caso la mejor técnica para disminuir
los niveles de emisión de ruido. Tal y como se observo en la fábrica, los protectores
auditivos no representan una buena solución, ya que impiden la comunicación entre
los trabajadores, además de que a pesar de su uso el ruido sigue presente.
5.1 Diseño y Cálculos del Aislamiento Acústico
Se comienza por establecer los niveles de ruido en frecuencias de octava del ventilador
industrial (Tabla 3):
FRECUENCIA 125 Hz
250 Hz
500 Hz
1 KHz
2 KHz
4 KHz
dB(A)
FUENTE dB(A)
100 99 96 93 89 85 102
Tabla 3.‐ Niveles de presión sonora del ventilador industrial en Bandas de Octava.
Para continuar con el diseño de dicho aislamiento es necesario establecer algunos
criterios de ruido NC que se muestran en la Tabla 4:
VALORES RECOMENDADOS DEL INDICE NC PARA INGENIERIA PESADA.
TIPO DE RECINTO RANGO DE NC FABRICA DE INGENIERIA PESADA 55 – 75
Tabla 4.‐ Rango de nivel de criterio de ruido para ingeniería pesada.
30
TABLA 5: VALORES DE NIVEL DE PRESION SONORA CORRESPONDIENTE AL INDICE
NC 55 EN BANDAS DE OCTAVAS.
FRECUENCIAS CENTRALES Hz 125 250 500 1 K 2 K 4 K
dB(A) 67 62 58 56 54 53
Tabla 5. ‐ Niveles de presión Sonora para el criterio de ruido 55 en bandas de octava.
En la Tabla 6, se restan los valores de emisión de ruido de la fuente en bandas de
octava con los del NC 55:
FRECUENCIA 125 Hz
250 Hz
500 Hz
1 kHz
2 kHz
4 kHz
FUENTE 100 99 96 93 89 85 NC‐55 67 62 58 56 54 53
RESULTADO 33 37 38 37 35 32
Tabla 6.‐ Resultado de la diferencia de la reducción del nivel de ruido del ventilador con el criterio de ruido 55.
Esto permite conocer el nivel de emisión de ruido que se necesita atenuar en cada
frecuencia.
Como elemento principal del aislamiento se tomo en cuenta el ladrillo, ya que es un
material fácil de adquirir, además de que tiene un costo bajo; pero debido a que es
altamente reflejante, se propone acompañarlo de paneles de fibra de vidrio, los cuales
son absorbentes de ruido.
Otro parámetro a considerar es la temperatura que se genera al interior del aislamiento,
debido a que si es alta podría ocasionar daños a la máquina, por lo que en este caso, se
emplea un ventilador helicoidal acompañado de los llamados silenciadores acústicos
rectangulares, que permiten la entrada y salida del aire, además de que ayudan a
reducir satisfactoriamente el ruido.
31
Básicamente el aislamiento acústico esta formado por dos paredes laterales (ladrillo
con fibra de vidrio, silenciadores rectangulares y una de ellas con un ventilador
helicoidal), una pared frontal (Ladrillo con fibra de vidrio y puerta sencilla de madera),
una pared trasera (ladrillo con fibra de vidrio) y un techo (losa de hormigón con fibra
de vidrio).
A continuación se muestra en la Figura 16 el diseño del Aislamiento Acústico:
Figura 16.‐ Diseño del aislamiento Acústico.
32
5.1.1 TECHO. Para la reducción de ruido en el diseño del techo se propone una losa de hormigón
armado (Figura 17), de 100 mm de espesor, acompañado de un panel de fibra de vidrio
con velo acústico (Figura 18), del mismo espesor.
Figura 17.‐ Losa de hormigón.
Figura 18.‐ Panel de Fibra de Vidrio con Velo Acústico Negro.
En la Tabla 7, se muestra la reducción del ruido de la fuente por efecto del techo:
FRECUENCIA 125 Hz
250 Hz
500 Hz
1 KHz
2 KHz
4 KHz
FUENTE 100 99 96 93 89 85 TECHO 38 38 46 54 61 67
RESULTADO 62 61 50 39 28 18
Tabla 7‐ Resultado de la reducción de la fuente (Ventilador Industrial), por efecto del techo.
33
5.1.2 PARED TRASERA.
Para la reducción de ruido en el diseño de la pared trasera se propone ladrillo,
acompañado de paneles de fibra de vidrio con velo acústico, lo cual da un total de 208
mm de espesor.
En la Tabla 8, se muestra la reducción del ruido de la fuente por efecto de la pared
trasera:
FRECUENCIA 125 Hz
250 Hz
500 Hz
1 KHz
2 KHz
4 KHz
FUENTE 100 99 96 93 89 85 PARED
TRASERA 47 57 59 67 69 64
RESULTADO 53 42 37 26 20 21
Tabla 8‐ Resultado de la reducción de la fuente (Ventilador Industrial), por efecto de la pared trasera.
5.1.3 PARED FRONTAL.
Para la reducción de ruido en el diseño de la pared frontal se propone una
combinación de ladrillo, acompañado de paneles de fibra de vidrio con velo acústico
(208 mm de espesor), más una puerta de madera sencilla (63 mm de espesor).
A continuación se muestran los cálculos para obtener la reducción de ruido, por efecto
de la combinación de la puerta de madera con el ladrillo y la fibra de vidrio:
Como primer paso, en la pared frontal se calcula el área de la puerta y el área del
ladrillo con la fibra de vidrio, para saber el porcentaje del área de cada material:
34
Como segundo paso se calcula la reducción del ruido de la fuente por efecto del
ladrillo con la fibra de vidrio, para promediarlo con el efecto de la puerta (Tabla 9):
FRECUENCIA 125 Hz
250 Hz
500 Hz
1 KHz
2 KHz
4 KHz
FUENTE 100 99 96 93 89 85 LADRILLO CON
FIBRA DE VIDRIO
47 57 59 67 69 64
RESULTADO 53 42 37 26 20 21
Tabla 9.‐Resultado de la reducción del ruido de la fuente por efecto de la parte de la pared de Ladrillo con fibra de
vidrio.
Como tercer paso se calcula el efecto de la puerta para promediarlo con el efecto del
ladrillo con la fibra de vidrio (Tabla 10):
FRECUENCIA 125Hz
250Hz
500Hz
1 KHz
2 KHz
4 KHz
FUENTE 100 99 96 93 89 85 PUERTA 32 38 39 42 49 53
RESULTADO 68 61 57 51 40 32
Tabla 10.‐ Resultado de la reducción del ruido de la fuente por efecto de la puerta sencilla de madera.
Para promediar los efectos de los materiales es necesario realizar la conversión de
Decibeles a Pascales, de acuerdo con la siguiente formula:
En Donde:
Despejando a la presión (P) de la ecuación anterior y multiplicándola por el porcentaje
del material, queda lo siguiente:
35
Los valores de P, para cada una de las frecuencias de octava del ladrillo con la fibra de
vidrio, se muestran en la Tabla 11:
FRECUENCIAS DECIBELES PASCALES 125 Hz 53 250 Hz 42 500 Hz 37 1 KHz 26 2 KHz 20 4 KHz 21
Tabla 11.‐ Conversión de los valores de decibeles a pascales del ladrillo con fibra de vidrio.
Los valores de P, para cada una de las frecuencias de octava de la puerta de madera, se
muestran en la Tabla 12:
FRECUENCIAS DECIBELES PASCALES 125 Hz 68 250 Hz 61 500 Hz 57 1 KHz 51 2 KHz 40 4 KHz 32
Tabla 12.‐ Conversión de Decibeles a Pascales por parte de la puerta sencilla de madera.
El promedio de ambos materiales será de (Tabla 13): Tabla 13.‐ Promedio de los valores de la combinación de la pared puerta de madera y del ladrillo con fibra de vidrio.
FREC. LADRILLO (Pa.)
PUERTA (Pa.)
PROMEDIO (Pa.)
125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 KHz 2 KHz 4 KHz
36
Después, se calcula la raíz cuadrada del resultado del promedio de los materiales, para
finalmente convertir de Pascales a Decibeles mostrados en la Tabla 14:
FRECUENCIA PROMEDIO(Pa) RAIZ (Pa.) 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 KHz 2 KHz 4 KHz
Tabla 14.‐ Conversión a Decibeles del resultado de la raíz del promedio de los materiales para la pared frontal.
Con la siguiente formula se convierte el resultado de la raíz cuadrada a Decibeles:
En Donde:
Con lo cual el resultado de la combinación de la reducción de los materiales en
frecuencias de octava es de (Tabla 15):
FRECUENCIA 125 Hz
250 Hz
500 Hz
1 KHz
2 KHz
4 KHz
RESULTADO 56 48 44 37 27 21
Tabla15.‐ Nivel de presión sonora resultante para la pared frontal del aislamiento acústico.
5.1.4 PARED LATERAL (IZQUIERDA Y DERECHA).
Para la reducción de ruido en el diseño de las paredes laterales se propone una
combinación de ladrillo, acompañado de paneles de fibra de vidrio con velo acústico
(208 mm de espesor), más un silenciador acústico rectangular (2,400 mm de largo por
3,600 mm de ancho y 600 mm de alto) en cada pared, y la instalación en la pared lateral
izquierda de un ventilador helicoidal de 6 polos, que proporciona la realimentación
37
del aire para el buen funcionamiento del ventilador industrial y para disminuir las
altas temperaturas que se generan dentro del aislamiento acústico, dicho ventilador
maneja un caudal de 30,000 con un área de 1120 mm x 1120 mm.
Es necesario mencionar que para la elección de los silenciadores rectangulares se
siguieron los siguientes pasos:
‐ Primero es necesario conocer el valor del caudal (Q) y de la velocidad de paso (Vp)
del ventilador industrial (fuente) a tratar.
El ventilador de la fábrica cementera tiene un Q igual a
30,000 / h y una Vp igual a 8.3 m/s.
‐Después se tienen que buscar las tablas de especificaciones de los silenciadores
rectangulares, las cuales son dadas por los fabricantes. En las que se encuentran los
valores del largo, ancho y altura del silenciador esto dependiendo del caudal,
velocidad de paso y la reducción de ruido que se requiera obtener.
En la Figura 19, se muestra un silenciador rectangular con las características
mencionadas.
Figura 19.‐ Silenciador rectangular, donde L1= Ancho, L2=Alto, L3= Largo.
Cabe mencionar que el largo está determinado en función de la reducción de ruido que
se necesite, el alto por su parte está en función de la velocidad de paso, y finalmente el
ancho está en función del caudal.
Por lo cual en el caso que se está tratando, se necesita un silenciador rectangular de
2,400 mm de largo, 3,600 mm de ancho y 600 mm de alto. Con bafles de 200 mm y
pasos de aire de 200 mm.
38
A continuación se muestran los cálculos para obtener la reducción de ruido por efecto
de la combinación del silenciador con el ladrillo y la fibra de vidrio:
Para ambas paredes laterales, se calcula el área del silenciador y el área del ladrillo con
fibra de vidrio, para saber el porcentaje del área de cada material:
PARED LATERAL IZQUIERDA.
Primer paso, se suman los niveles de ruidos de la fuente y del ventilador helicoidal
HCFT/6‐900/H‐X(1.5kW), mostrándose en la Tabla 16:
FRECUENCIA 125 Hz
250 Hz
500 Hz
1 KHz
2 KHz
4 KHz
FUENTE 100 99 96 93 89 85 VENTILADOR 79 83 91 94 93 87
SUMA 100 99 97 96 94 89
Tabla 16.‐ Suma de los niveles de ruido de la fuente y el ventilador helicoidal.
Como segundo paso se resta al resultado de los valores de la suma de la fuente y el
ventilador, con la atenuación que proporciona el silenciador (Tabla 17):
FRECUENCIA 125 Hz
250 Hz
500 Hz
1 KHz
2 KHz
4 KHz
SUMA 100 99 97 96 94 89 SILENCIADOR 18 26 43 50 50 50 RESULTADO 82 73 54 46 44 39
Tabla 17. ‐ Resultado de la diferencia del nivel de la suma de la fuente y el ventilador helicoidal por efecto del
silenciador acústico rectangular.
39
Tercer paso, sumando logarítmicamente el resultado del silenciador con el nivel de
ruido por turbulencia (proporcionados por el fabricante) que genera el mismo
silenciador (Tabla 18), se obtiene lo siguiente:
FRECUENCIA 125 Hz
250 Hz
500 Hz
1 KHz
2 KHz
4 KHz
RESULTADO 82 73 54 46 44 39 TURBULENCIA 41 35 54 31 24 22 RESUL. TOTAL 82 73 54 46 44 39
Tabla 18. ‐ Suma logarítmica del silenciador con la turbulencia que genera el mismo silenciador rectangular.
La conversión en Pascales para cada una de las frecuencias de octava del ladrillo con la
fibra de vidrio se muestra en la Tabla 19:
FRECUENCIAS DECIBELES PASCALES 125 Hz 53 250 Hz 42 500 Hz 37 1 KHZ 26 2 KHz 20 4 KHz 21
Tabla 19.‐ Conversión de Decibeles a Pascales por efecto del ladrillo con fibra de vidrio.
La conversión en Pascales para cada una de las frecuencias de octava del nivel de ruido
del silenciador por turbulencia se muestra en la Tabla 20:
FRECUENCIAS DECIBELES PASCALES 125 Hz 82 250 Hz 73 500 Hz 54 1 KHz 46 2 KHz 44 4 KHz 39
Tabla 20.‐ Conversión de Decibeles a Pascales por efecto del silenciador rectangular.
40
El promedio de los materiales, que se muestra en la Tabla 21, será de:
FREC. LADRILLO (Pa.)
SILENCIADOR(Pa.)
PROMEDIO (Pa.)
125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 KHz 2 KHz 4 KHz
Tabla 21.‐ Promedio de la suma del silenciador acústico y el ladrillo con fibra de vidrio.
Se calcula la raíz cuadrada del resultado del promedio de los materiales, para después
convertir de Pascales a Decibeles, dando los valores de la Tabla 22:
FRECUENCIA PROMEDIO (Pa.)
RAIZ (Pa.)
125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 KHz 2 KHz 4 KHz
Tabla 22.‐ Raíz del promedio de la combinación de los materiales (Silenciador y Ladrillo con Fibra de Vidrio).
Con lo cual el resultado de la combinación de la reducción de los materiales y el
silenciador en frecuencias de octava, es el que se muestra en la Tabla 23:
FRECUENCIA 125 Hz
250 Hz
500 Hz
1 KHz
2 KHz
4 KHz
RESULTADO 67 58 40 31 29 25
Tabla 23.‐ Resultado de la reducción del nivel por efecto de la pared lateral izquierda en frecuencias de octava.
41
PARED LATERAL DERECHA.
Como primer paso se calcula la reducción del ruido de la fuente por el efecto del
ladrillo con la fibra de vidrio, para promediarlo con el efecto del silenciador (Tabla 24):
FRECUENCIA 125 Hz
250 Hz
500 Hz
1 KHz
2 KHz
4 KHz
FUENTE 100 99 96 93 89 85 LADRILLO CON
FIBRA DE VIDRIO
47 57 59 67 69 64
RESULTADO 53 42 37 26 20 21
Tabla 24.‐Resultado de la diferencia de la reducción de ruido de la fuente por efecto del ladrillo con fibra de vidrio.
Segundo paso, se calcula el efecto del silenciador para promediarlo con el efecto del
ladrillo con la fibra de vidrio (Tabla 25):
FRECUENCIA 125 Hz
250 Hz
500 Hz
1 KHz
2 KHz
4 KHz
FUENTE 100 99 96 93 89 85 SILENCIADOR 18 26 43 50 50 50 RESULTADO 82 73 53 43 39 42
Tabla 25.‐ Resultado de la resta del nivel de ruido de la fuente por efecto del silenciador.
Como tercer paso se suma a resultado de la atenuación del silenciador el ruido por
turbulencia del mismo (Tabla 26):
FRECUENCIA 125 Hz
250 Hz
500 Hz
1 KHz
2 KHz
4 KHz
RESULTADO 82 73 53 43 39 42 TURBULENCIA 41 35 34 31 24 22 RESULTADO 82 73 53 43 39 42
Tabla 26.‐ Suma de nivel resultado del silenciador con el nivel por turbulencia del mismo.
42
La conversión en Pascales para cada una de las frecuencias de octava del ladrillo con la
fibra de vidrio se muestra en la Tabla 27:
FRECUENCIAS DECIBELES PASCALES 125 Hz 53 250 Hz 42 500 Hz 37 1 KHZ 26 2 KHz 20 4 KHz 21
Tabla 27.‐ Conversión de Decibeles a Pascales del ladrillo con fibra de vidrio.
La conversión en Pascales para cada una de las frecuencias de octava del silenciador se
muestra en la Tabla 28:
FRECUENCIAS DECIBELES PASCALES 125 Hz 82 250 Hz 73 500 Hz 53 1 KHz 43 2 KHz 39 4 KHz 42
Tabla 28.‐ Conversión de Decibeles a Pascales del silenciador acústico rectangular.
El promedio de los materiales será el mostrado en la Tabla 29:
FREC. LADRILLO (Pa.)
SILENCIADOR(Pa.)
PROMEDIO (Pa.)
125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 KHz 2 KHz 4 KHz
Tabla 29.‐ Promedio de la suma de los niveles de los materiales, correspondiente a la pared lateral derecha.
43
Se calcula la raíz cuadrada del resultado del promedio de los materiales, para después
convertir de Pascales a Decibeles, dando los valores de la Tabla 30:
FRECUENCIA PROMEDIO (Pa.)
RAIZ (Pa.)
125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 KHz 2 KHz 4 KHz
Tabla 30.‐ Raíz del promedio del silenciador y el ladrillo con fibra de vidrio (Pared Lateral Derecha).
Con lo cual el resultado de la combinación de la reducción de los materiales en
frecuencias de octava, es el que se observa en la Tabla 31:
FRECUENCIA 125 Hz
250 Hz
500 Hz
1 KHz
2 KHz
4 KHz
RESULTADO 67 58 39 29 24 27
Tabla31.‐ Resultado de la reducción de los niveles de ruido de la fuente por efecto de la pared lateral derecha.
5.2 Determinación del nivel de ruido dentro del
Aislamiento Acústico.
Es necesario conocer el nivel de ruido dentro del aislamiento acústico, debido a que
habrá trabajadores que tendrán que ingresar al cuarto en periodos cortos de tiempo con
cierta frecuencia, por lo tanto a continuación se muestran los cálculos requeridos para
determinar dicho nivel.
Como primer paso se procede a establecer los coeficientes de absorción de los
materiales, así como el área que ocupan los mismos dentro del cuarto; en la Tabla 32 se
muestran los valores del caso que se esta tratando:
44
MATERIAL COEFICIENTE
DE ABSORCION
AREA(m2)
FIBRA DE VIDRIO (CUBRE TECHO Y
PAREDES) 0.99 187.68
SILENCIADOR 0.90 4.32 PISO 0.050 64
Tabla 32. ‐ Coeficiente de absorción y área de los materiales absorbentes de las paredes en el interior del aislamiento.
Segundo paso se calcula la Absorción Equivalente Total, con la siguiente formula:
A.E.T. = ‐[S1 ln (1‐ α1) + S2 ln (1‐ α2) + ... + Sn ln (1‐ αn)]
Donde:
S1, S2,…. Sn: Superficies de los materiales (m2)
α1,α2, ...... αn: Coeficientes de absorción
Siendo la Absorción Equivalente Total = 874.0008 m2
Como tercer paso se calcula el Tiempo de Reverberación después del aislamiento,
utilizando la siguiente formula:
Donde:
V= Volumen dentro del aislamiento (m3)
Siendo el volumen del cuarto: 256 m3
45
Dando como resultado T1 = 0.047 segundos
Finalmente se calcula el incremento del nivel de ruido de la fuente dentro del
aislamiento, con la siguiente formula:
Donde: T0 = Tiempo de reverberación antes del aislamiento (seg.)
Debido a que no existen paredes, hasta después de la construcción del cuarto, no hay
reflexiones, por lo cual se considera a T0, como un tiempo de reverberación demasiado
pequeño, considerando a este de 0.01 segundos.
Dando como resultado: 6. 72 dB(A).
Por lo tanto el nivel de ruido que se tendrá dentro del cuarto es de aproximadamente
106 dB(A).
5.3 Costos
Con el propósito de ilustrar de mejor manera, la decisión de haber elegido al
aislamiento acústico como propuesta de solución al problema presentado por el
ventilador industrial, en este apartado serán consideradas tres opciones, entre las que
podemos mencionar al aislamiento acústico, el uso de orejeras y finalmente el empleo
de tapones auditivos.
Primera Opción: Aislamiento Acústico.
A continuación en la Tabla 33, se muestran los costos de los elementos que integran el
Aislamiento Acústico, enfatizando que para la determinación de los costos fue
necesario la accesoria de varias personas, entre las que podemos mencionar: a
maestros de obra, carpinteros, empleados de empresas de materiales para
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construcción, así como consultar a distribuidores de material acústico, que nos
orientaron sobre las características de los paneles, silenciadores y ventiladores.
MATERIAL COSTO
32 Bultos de hormigón $3,200
50 Bultos de cemento mortero
$4,000
1 Viaje de arena $1,000
1 Viaje de graba $1,000
42 Varillas de ½ pulgada $3,360
40 Varillas de 3/8 pulgadas
$4,800
4,500 Ladrillos $15,750
Mano de Obra de Maestro $24,000
Puerta de madera (Material y Mano de
Obra)
$3,000
163 Paneles de Fibra de Vidrio
$36,248
2 Silenciadores $80,124
Ventilador helicoidal $20,101
Costo del proyecto $50,000
Protectores Auditivos $71.60
TOTAL $244,654.60
Tabla 33.‐ Costos del proyecto de aislamiento acústico.
Segunda Opción: Orejeras.
En la Figura 20 se presenta uno de los tantos modelos de orejeras, que se encuentran
en el mercado, sin embargo este modelo tiene un costo de $217.90
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Figura 20.‐ Orejeras.
Con base en que la empresa emplea dentro del departamento de producción (área en la
que se encuentra ubicado el ventilador industrial), a 25 operarios por turno, que
realmente están en contacto con el ruido generado por el ventilador en los que se
trabajan cuatro turnos, es decir se requiere de una dotación de 100 orejeras, las cuales
pueden tener una vida útil de 12 meses (según comentario expreso por los mismos
trabajadores), por lo tanto se requiere un gasto anual de: $21,790.
Cabe hacer notar que es necesario tener una reserva de 50 orejeras para visitantes, o
para reposición de las que por el uso se vayan eliminando.
Teniendo un gasto total anual de: $32,685.
Tercera Opción: Tapones Auditivos.
Como última opción y que de hecho es la de menor costo unitario, se hace mención de
los tapones auditivos (Figura 21), cuyo costo es de $17.90
Figura 21.‐ Tapones Auditivos.
Sin embargo partiendo de la base que son 100 obreros dentro del área de producción y
que en la mayoría de los casos utilizaran un juego de tapones auditivos por semana
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(según comentario expreso por los mismos trabajadores) esto quiere decir que se
requieren de 5200 tapones auditivos al año.
Derivado de lo anterior se tiene un costo anual de: $93,080, para satisfacer la demanda
de los tapones auditivos.
Pero es necesario tener una reserva cada año de 600 tapones auditivos, en caso de
reposición o para visitantes, dando un costo anual de $10,740.
Sumando ambas cantidades se tiene un costo total anual de $103,820.
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Resultados Obtenidos. En este apartado se contemplan los aspectos relevantes obtenidos en el desarrollo de
las acciones que dieron origen a la propuesta de solución, siendo esta última el objetivo
central del trabajo desarrollado.
1.‐ En las siguientes figuras se observaran las curvas que se obtuvieron en cada una de
las paredes y techo, comparándolas con la curva del NC 55 y la curva del nivel de
ruido del ventilador antes del aislamiento acústico.
TECHO.
Figura 22.‐ Curva obtenida después de realizar el Aislamiento Acústico: Techo.
Como se puede observar la curva obtenida en la Figura 22, el nivel de ruido del Techo
está por debajo del criterio recomendado. Con lo cual se puede mencionar que optar
por un techo de hormigón más fibra de vidrio fue una buena opción.
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PARED TRASERA.
Figura 23.‐ Curva obtenida después de realizar el Aislamiento Acústico: Pared Trasera.
Al observar la Figura 23, se tiene que la curva obtenida en la pared trasera que esta
compuesta por ladrillo con paneles de fibra de vidrio y el cual no contiene ninguna
combinación de otros elementos acústicos, el nivel de ruido quedo muy por debajo del
criterio recomendado NC‐55.
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PARED FRONTAL.
Figura 24.‐ Curva obtenida después de realizar el Aislamiento Acústico: Pared Frontal.
Se observa en la Figura 24, que a pesar de que esta pared contiene el ladrillo con la
fibra de vidrio, más la puerta de madera, y que ésta ultima podría generar una
variación por las características propias de la madera, la curva que se obtiene está por
debajo del criterio recomendado.
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PARED LATERAL IZQUIERDA
Figura 25.‐ Curva obtenida después de realizar el Aislamiento Acústico: Pared Lateral Izquierda.
La pared izquierda a pesar de tener un ventilador adaptado al silenciador rectangular,
además del ladrillo y los paneles de fibra de vidrio, se puede observar en la Figura 25,
que la curva de nivel de ruido queda por debajo de los niveles del criterio NC‐55.
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PARED LATERAL DERECHA
Figura 26.‐ Curva obtenida después de realizar el Aislamiento Acústico: Pared Lateral Derecha.
Al observar la curva obtenida en la Figura 26, de la pared lateral derecha que está
constituida por ladrillo y fibra de vidrio, más un silenciador rectangular, se puede
decir que el nivel resultante de ruido quedo aceptable ya que está por debajo del nivel
criterio recomendado.
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2. La atenuación que producen los tapones auditivos en frecuencias de octava y
utilizando las desviaciones estándar proporcionados por el fabricante, se obtienen los
resultados de la Tabla 34:
FRECUENCIA 125 Hz
250 Hz
500 Hz
1 KHz
2 KHz
4 KHz
ATENUACION PROTECTORES
28.5 30 32.9 33.5 34.9 41.9
2 DESVIACIONES
9.4 9.2 9.2 8 7.2 10.2
DISMINUCION 19.1 20.8 23.7 25.5 27.7 31.7
INCREMENTO 6.7dB(A)
106.7 105.7 102.7 99.7 95.7 91.7
RESULTADO 87.6 84.9 79 47.2 68 60
Tabla 34.‐ Nivel de protección auditiva que proporcionan los protectores auditivos dentro del aislamiento acústico.
El uso del Aislamiento Acústico libera al área de producción del ruido excesivo
emitido por el ventilador industrial fuera de el, sin embargo al interior del cuarto el
nivel de ruido será aproximadamente de 106 dB(A), por lo tanto, aunque el recinto
tenga materiales absorbentes, es necesario utilizar protectores auditivos dentro del
mismo, por la seguridad de los trabajadores que continuamente ingresan con el
propósito de supervisar el funcionamiento del ventilador industrial.
Tomando en cuenta que el nivel de ruido dentro del aislamiento con los protectores
auditivos puestos, no supera los 105 decibeles, por lo tanto se puede decir que el
trabajador puede estar dentro del aislamiento acústico en un tiempo mayor de 15
minutos, los cuales están establecidos por la Norma Oficial Mexicana NOM‐011‐STPS‐
2001.
Aunque no es aconsejable que el trabajador este expuesto al ruido durante un largo
periodo de tiempo dentro del aislamiento, por cuestiones de seguridad y
comunicación.
3.‐ Con base en la información obtenida tanto del personal de construcción así como de
especialistas en protección auditiva y control de ruido, fue posible precisar el costo de
cada una de las tres opciones (Tabla 35):
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Opciones Costos Durabilidad
Aislamiento Acústico
$244,654.60 20 años
Orejeras $32,685.00 1 año
Tapones Auditivos
$103,820.00 1 año
Tabla 35.‐ Comparación de los costos de las tres opciones que integran el estudio económico a varios años.
Haciendo un análisis general para los resultados obtenidos en los costos de las tres
opciones, se puede encontrar que: En el transcurso de 8 años el costo de las orejeras
será superior al del aislamiento acústico, y también tomando en cuenta el costo anual
de los protectores auditivos estos generan un costo mayor en 3 años, comparado con el
diseño del aislamiento acústico.
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Conclusiones. Este proyecto nos dio la oportunidad de conocer más a fondo todos los elementos que
se deben considerar para realizar un aislamiento acústico como son: Normas, las cuales
nos sirven para evaluar el nivel de exposición al ruido y su tipo dentro de cualquier
empresa; El manejo del sonómetro, el cual es fundamental para conocer los niveles de
exposición al ruido; Conocer los materiales adecuados que se emplean en el desarrollo
de un proyecto de aislamiento acústico; Además de evaluar los costos de las diferentes
alternativas de solución a un problema de ruido. Todo lo anteriormente descrito, con la
finalidad de poder ofrecer la mejor solución al problema de ruido, con el que nos
encontramos.
Con la determinación de la propuesta, creemos haber logrado una opción viable para
proteger al trabajador del ruido causado por un ventilador industrial, disminuyendo el
nivel de ruido, el cual a través del aislamiento acústico, quedara dentro de los niveles
permitidos por la Norma Oficial Mexicana NOM‐011‐STPS‐2001.
Si bien el área del departamento de producción se liberó de la contaminación generada
por el excedente de ruido, en el interior del cuarto, que encierra al ventilador industrial
hay un incremento del nivel de ruido, ante esta nueva circunstancia, conduce a
recomendar el uso de los protectores auditivos a los obreros que requieran desarrollar
actividades periódicas al interior de dicho aislamiento para asegurar la protección de
los mismos.
Con base en la determinación del costo de tres opciones que permitan dar solución al
problema ya mencionado, fue posible observar que la opción de realizar el Aislamiento
Acústico es la más viable debido a que tiene una durabilidad superior a las otras dos,
es decir, a pesar de ser la de mayor costo, a través de los años de servicio que va a
proporcionar se convierte en la más barata.
Al realizar el proyecto surgieron ciertos problemas, como fueron:
‐Encontrar los materiales con las características de atenuación y absorción adecuadas
para el diseño del aislamiento acústico, por lo que se tuvieron que buscar materiales,
que fueran sencillos de adquirir en el mercado, además de que sus valores fueran los
necesarios para resolver el problema de ruido.
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‐Reducir las reflexiones que se producen dentro del aislamiento, utilizando material
absorbente, evitando así el incremento del nivel de ruido dentro del cuarto.
‐Seleccionar el tamaño adecuado del aislamiento, ya que no se puede tener un cuarto
demasiado grande, ya que este generaría un costo mayor; y si es muy pequeño,
afectaría la comodidad y seguridad del personal de supervisión.
‐Resolver el problema de la temperatura dentro del aislamiento acústico, utilizando
silenciadores rectangulares y un ventilador helicoidal, con flujos de aire adecuados
para la buena ventilación de la máquina.
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Bibliografía y Referencias Libros: RECUERO, Manuel, “Acústica Arquitectónica‐ Soluciones prácticas”, Ed. Paraninfo, España, 1992, págs. 2‐63. RECUERO, Manuel, “Acústica Arquitectónica Aplicada”, Ed. Paraninfo, España, 1999, págs. 287‐302, 329‐704. RECUERO, Manuel, “Acondicionamiento Acústico”, Ed. Paraninfo, México D.F, 2001, págs. 55‐63. GREENE, Richard, “Compresores Selección, Uso y Mantenimiento”, Ed. Mc. Graw Hill, México, 1992, págs. 259‐278. KINSLER, Lawrence, “Fundamentos de Acústica”, Ed. Limusa Noriega, México, 2006, págs. 336‐343 BERANEK, Leo, “Acústica”, Ed. Hispanoamericana, Argentina, 1969, págs. 414 ‐421 Páginas de Internet. http://training.itcilo.it/actrav_cdrom2/es/osh/noise/noiseat.htm, Octubre del 2008. http://www.insumasur.com.ar/, Enero del 2010. http://www.tradair.es/, Enero del 2010. http://www.isover‐argentina.com.ar/productos/ acustiver_p_negro.html, Noviembre del 2009. http://www.construnario.com/, Febrero del 2010
