84.1ª.04 VALORACION DEL RUIDO DE IMPACTO.

 

                                                                                                                                

  • Características del ruido de impacto.
  • Ruidos de impacto industriales.
  • Presión eficaz, energía y nivel sonoro.
  • Medición del ruido de impacto.
  • Medición del nivel de pico y constante de tiempo.
  • Valoración del ruido de impacto.
  • Criterio de Coles.
  • Criterio de Martin.
  • Criterio de TLV.
  • Valoraciones aproximadas.
  • Ruido de fondo superpuesto al de impacto.
  • Informe de la medición de ruido.

                                                                             

       CARACTERISTICAS DEL RUIDO DE IMPACTO.

 

   Bajo la denominación de ruido de impacto se suelen englobar dos tipos de ruido: los de impacto propiamente dicho y los de impulso.

   Los de impacto propiamente dicho se originan por choques o colisión de sólidos. Como consecuencia de ello se produce una vibración que se amortigua con mayor o menor rapidez y que da lugar a una onda de presión, como la de la figura de la izquierda.

   Esta onda de presión, de forma ideal, se representa por la fórmula:

                                                        

                                   (1)

 

                                                                    

con respecto a la cual conviene precisar lo siguiente:

 

1)  La utilización de “cos wt” en lugar de “sen wt” tiene como objeto, que la presión de pico (PM) se de en el instante  t = 0.

                                                     

  2)  La constante de tiempo () mide la rapidez de amortiguación. Los ruidos poco amortiguados corresponden a constantes de tiempo elevadas e, inversamente, las constantes de tiempo pequeñas dan lugar a ruidos que se amortiguan rápidamente. El valor de la constante de tiempo coincide con el tiempo necesario para que la presión se reduzca a un 37% (l/e) de la presión de pico.

                                                       

  3)   La ecuación anterior podría formularse como:

                                  

en la que:

                                                         (2)

   Esta disminución exponencial de la presión máxima con el tiempo, se representa a trazos en la figura superior.

   El segundo tipo, o ruido de impulso, se debe a variaciones bruscas de presión en el seno de un gas. El caso típico de ruido de impulso lo constituyen las explosiones, que dan lugar a ondas de presión muy amortiguadas.

   Cuando los ruidos de impulso se producen en el interior de locales relativamente reducidos, la interferencia con las ondas reflejadas por las paredes causa una onda resultante de mayor semblanza con la típica de impacto que con la correspondiente al impulso original, de ahí que se incluya este tipo de ruido en el estudio del ruido de impacto.

   En la práctica, los procesos o máquinas que dan lugar a impactos, producen frecuentemente impactos de carácter repetitivo como lo hacen las prensas, martillos neumáticos, etc. Esta repetición de impactos produce un ruido intermitente caracterizado por su frecuencia (n) y por el número de impactos por segundo o período (T). No debe de confundirse esta frecuencia de repetición de los impactos (n) con la frecuencia que caracteriza la parte sinusoidal de la onda de impacto ( ).

 

      

   Es evidente que al aumentar la frecuencia de repetición, los impactos van juntándose, superponiéndose la onda debida a un determinado impacto a la cola o colas de los anteriores.

 

          

 

   Sin embargo, este solapamiento no depende sólo de la frecuencia de la repetición, sino también de la constante de tiempo del impacto tal y como se muestra en la siguiente figura para ruidos de igual frecuencia de repetición.

 

            

 

   El factor que caracteriza el solapamiento es el parámetro  d = n  =  /T. Cuando este factor tiende a cero los impactos podrán considerarse como aislados y cuando tome valores muy elevados el ruido dejará de ser intermitente y pasa a ser continuo.

                            

   Resumiendo, el ruido de impacto queda caracterizado por los tres parámetros siguientes:

   ▪   Presión de pico de impacto (PM).

   ▪   Constante de tiempo de impacto.

   ▪   Frecuencia de repetición del impacto (n).

   Ahora bien, en muchos casos bastará con la presión de pico (PM) y el factor de solapamiento (d). (d) = n x 

                                           

                                            

                                              

   RUIDO DE IMPACTOS INDUSTRIALES.

   Los ruidos de impacto industriales son muy diversos y en general bastante más complejos que el impacto ideal descrito por la onda de presión:

                    

anteriormente expuesta.

 

   Las frecuencia de repetición (n) pueden oscilar desde la decena de impactos por segundo (reveteadoras, grapadoras, neumáticos) hasta impactos muy aislados tales como el enderezado manual de planchas metálicas y otras operaciones similares. Las prensas constituyen un ejemplo típico que abarca una amplia gama de frecuencia de repetición.

                            

   La mayoría de las constantes de tiempo () correspondientes a estos ruidos están comprendidas entre los 5 y 100 msec., pudiendo considerarse la media en torno a los 30 m sec.

                                         

   Las frecuencias (f) industriales suelen ser siempre superiores a 200 Hz y sus factores de copamiento (d) inferiores a la unidad.

 

   En cuanto a la propagación, dependiendo de la distancia a la fuente sonora y de las características del local, en muchos casos se pude considerar que es por ondas planas.

                             

                                   

                                        

   PRESION EFICAZ, ENERGIA Y NIVEL SONORO.

   La presión eficaz de una onda sonora es función de la PM y viene dada por la ecuación:

 

                                              (1)

 

donde  T  es el período y  “p(t)”  la presión instantánea. En el caso concreto del ruido de impacto  “T”  es el tiempo transcurrido entre dos impactos consecutivos y  “p(t)” responde a la fórmula:

 

                           

           

   En consecuencia, la presión eficaz la obtendremos resolviendo la siguiente integral:

 

                 (2)
                                          

para su solución, hagamos uso de:

 

                            

 

   Por lo que la expresión (2) se transforma en:

 

 

   Suponiendo que los factores de solapamiento  (d)  van a ser inferiores a 1, es decir que consideramos los impactos aislados, podemos extender el límite superior de las integrales de la expresión (3) hasta el infinito, ya que la contribución de las integrales desde  T  a  ∞  es nula. Por lo tanto, la expresión (3) se transforma en:

  
   

 

 

   Ahora bien, si consideramos frecuencias superiores a 200 Hz, que son las que nos vamos a encontrar en la industria, la contribución de la segunda integral (debido al factor cos wt) es muy pequeña y podemos despreciarla frente a la primera. En consecuencia, la presión eficaz, en estas condiciones, viene dada por:

 

                           (5)

 

cuya integración, teniendo presente que PM es independiente del tiempo, nos da:

 

                                              (6)

 

pero se ha podido observar que   / T  =  d. Llevando este valor a la expresión (6) obtenemos, para la presión eficaz de un ruido de impacto, el valor:

                                              (7)
                
   La intensidad de energía sonora la determinamos suponiendo que la propagación del ruido de impacto se realiza mediante ondas planas.

   Sabemos que cuando la propagación es por ondas planas, la relación entre la intensidad y la presión eficaz viene dada por:

 

                      

 

=  la impedancia.

llevando a esta expresión el de “Pef” se tiene:

 

                                                     (8)
                                       

   El nivel de energía sonora, expresado en dB, viene dado por:

 

                    

 

   Tomando una presión de referencia Po =  2.10-5 Nw/m², dicho nivel para el caso de ruido de impacto vale:

 

                        (9)

 

   En vez de darlo en esta forma, podemos expresarlo en función del nivel pico

 

   obteniendo:

 

                (10)

 

   En la práctica, para un ruido industrial, la diferencia entre el nivel de ruido medio en dB o en dB (A) es en promedio de unos 2´7 dB. Por tanto la expresión (10) medida en dB (A) será:

 

                (11)

 

   Las expresiones (7), (8) y (9) ó (10) nos dan el valor de la presión eficaz, intensidad sonora y nivel de energía para un ruido de impacto, en el supuesto que se cumplan las siguientes condiciones:

 

   ▪  Frecuencias superiores a 200 Hz.
   ▪  Factores de solapamiento inferiores a 1 (impactos aislados).
   ▪  Propagación por ondas planas.

   A la vista de lo expuesto, vemos que quedan definidos para el ruido de impacto parámetros idénticos (presión eficaz, energía y nivel sonoro) que las utilizadas para la medición y valoración del ruido continuo. La diferencia estriba en que en el ruido de impacto dichos parámetros se dan en función de dos nuevas variables que no aparecían en el ruido continuo: la constante de tiempo  () y la frecuencia de repetición de los impactos (n); ambas quedan englobadas en el factor de solapamiento.

                               

                                        

   MEDICION DEL RUIDO DE IMPACTO.
   Bajo ciertas hipótesis, la magnitud física que interesa conocer del ruido de impacto, al igual que en el caso del ruido continuo, es el nivel de energía sonora, o su presión eficaz, con el que está directamente relacionado.
   La dificultad en la medición de esta magnitud física estriba en que, en general y, contrariamente a lo que ocurre para el ruido continuo, no puede ser efectuada mediante un sonómetro normal, tal y como luego veremos.

   En la expresión (3) se ha visto que el nivel de energía sonora está directamente relacionado con el nivel pico y el factor de solapamiento a través de la expresión:

 

        ; con d = n  
                                  
y puesto que la frecuencia de repetición de los impactos (n) se estima directamente de la máquina o proceso que los origina, la medición del nivel de energía sonora se reduce a medir el nivel del pico y la constante de tiempo del ruido en cuestión.
   En la práctica los aparatos que miden ambas magnitudes son relativamente complejos y costosos. La utilización de aparatos que midan sólo el nivel de pico necesitará de suposiciones sobre la constante de tiempo con la falta de exactitud que ello representa. En cuanto a la utilización de sonómetros normales para este fin, se ha de señalar que sólo permitirán estimar de forma grosera el nivel de energía sonora, como luego se expone.

                                     

 

   MEDICION DEL NIVEL DE PICO Y CONSTANTE DE TIEMPO.
   La posibilidad de que un aparato pueda medir el nivel de un ruido de impacto está directamente relacionada con la rapidez de la respuesta de dicho aparato frente a variaciones bruscas de la presión exterior. Existen sonómetros que además de las respuestas SLOW y FAST, que son muy lentas, disponen además de otra respuesta PEAK que permite la medición del nivel del pico. A estos sonómetros se los denomina sonómetros de impulsos. La respuesta peak es unas cuatro veces más rápida que la fase. Esta se ha diseñado para medir el nivel de sonoridad del ruido de impulsos, intentado reproducir la respuesta del oído humano a ellos, pero no constituye necesariamente la respuesta adecuada para valorar el riesgo de la lesión.   En cuanto a la medición de la constante de tiempo del impacto, se utiliza fundamentalmente dos instrumentos que a continuación se analizaran someramente:
   -    El osciloscopio.
   - El medidor del ruido de impacto.
   A continuación se analizan ambos someramente.
   El osciloscopio.   Es un instrumento que conectado a un micrófono, que puede ser el de un sonómetro cualquiera, representa en una pantalla la onda de presión. Es decir, permite obtener una imagen del ruido de impacto, similar al gráfico que lo representa en la parte superior de este capítulo. De esta imagen y previa calibración del osciloscopio se puede obtener el valor del nivel pico y la constante de tiempo.

   En el caso de impactos aislados la constante de tiempo se estima como el tiempo necesario para que la presión máxima sea un 37% de la de pico. Esto lo obtenemos sin más que dar el valor  (constante de tiempo a “t” en la expresión que representa la onda de un ruido de impacto, ecuación (2) del apartado 1) Características del ruido de impacto.

  Para impactos bastante solapados la constante de tiempo se calcula a través de la relación:

 

        

   El osciloscopio representa quizás el aparato más adecuado para la medición del ruido de impacto, pero es un instrumento delicado y voluminoso. El inconveniente de su difícil transporte a la industria puede subsanarse con la utilización en el campo de trabajo de magnetófonos de alta fidelidad que permitan el estudio superior mediante el osciloscopio del ruido grabado en cualquier lugar.

              

   Medidor del ruido de impacto.

   Es un sonómetro especial que tiene una respuesta PEAK y otras cuya rapidez de respuesta es conocida. De la medición del nivel de pico realizada en PEAK y de la de un segundo nivel correspondiente a condiciones de respuesta determinadas se deduce a través de gráficas complejas el valor de la constante de tiempo de impacto. Este instrumento, si bien menos preciso que el osciloscopio, presenta la ventaja de ser fácilmente transportable al campo donde se ha de hacer la medición de ruido.

                                  

 

 

  RESPUESTA DE UN SONOMETRO AL RUIDO DE IMPACTO.   El conjunto de elementos que constituyen un sonómetro presenta una cierta inercia respecto a la señal que recibe el micrófono. Esto significa que la indicación del aparato lleva un determinado retraso respecto a la presión de entrada.   Las diferentes modalidades con las que pueden efectuarse mediciones con un sonómetro, como ya se ha expuesto, son: SLOW, FAST, PEAK, etc., corresponden a diferentes posibilidades en cuanto a la rapidez de respuesta del aparato.
   Al igual que se caracterizado la rapidez de amortiguación de un ruido de impacto mediante su constante de tiempo (), se puede caracterizar la respuesta del sonómetro a través de una constante de tiempo del aparato (´). La respuesta será tanto más rápida cuanto menor sea ´.   No existe una normativa que especifique exactamente los valores que deben tener las constantes de tiempo de un sonómetro en las modalidades SHOW, FAST y PEAK. No obstante, se puede considerar que son del orden de 500 msec. y 5 msec. respectivamente.   Para clarificar un poco más lo dicho anteriormente, se puede imaginar un sonómetro que midiera directamente la presión máxima de ruido y luego se estudiase cual sería su respuesta frente a un ruido continuo y a uno de impacto, en función de la modalidad de respuesta (SLOW, FAST, PEAK) escogida.
   En el caso del ruido continuo se puede observar que, cual se la modalidad elegida, la respuesta del aparato acaba siguiendo perfectamente la señal exterior. Por el contrario, en el caso de ruido de impacto, el resultado es totalmente diferente y únicamente la modalidad PEAK puede seguir, debido a su baja constante de tiempo, la evolución de la presión exterior.
   En definitiva, la respuesta en dB de un sonómetro a un ruido de impacto conocido puede calcularse si se conoce la constante de tiempo del aparato. Al objeto de poder comparar dicha respuesta con el nivel real de energía sonora del ruido de impacto, se ha construido un grafico donde se representan dichas magnitudes en función de la frecuencia de los impactos. 

 

 

 

   Para la obtención de este gráfico se han tomado las siguientes constantes de tiempo:
   -  Constante de tiempo de impacto: 30 Msec.
   -  Constante de tiempo del aparato en SLOW: 500 Msec.
   -  Constante de tiempo del aparo en FAST: 127 Msec.
   Y se ha tomado como origen el nivel de pico.
    Del análisis del gráfico se pueden extraer las siguientes conclusiones:
    I. La respuesta del aparato no mide el nivel de energía sonora si la frecuencia de impactos es, como la gran mayoría de ruidos industriales, inferior a 10 impactos /seg.
   II.  Para frecuencias inferiores a 1 impacto/seg, la respuesta del aparato es constante e inferior al nivel de pico en 20 ó 30 dB, según se consideran respectivamente las respuestas en FAST o en SLOW.
                                               
                                        
   VALORACION DEL RUIDO DE IMPACTO.
   Al igual que en el ruido continuo, el establecimiento de criterios de valoración par el ruido de impacto se basa en la búsqueda de correlaciones entre alguna magnitud física de dicho ruido, el tiempo de exposición y el daño estadístico a que da lugar. Pero los criterios para valorar los riesgos de pérdida auditiva por ruidos de impacto no están muy normalizados.
   Los primeros criterios de valoración aparecidos se presentan como correlaciones empíricas entre el nivel de pico del impacto y la duración del mismo, con una posterior corrección del número total de impactos. Se han deducido basándose fundamentalmente en ruidos de impulso (disparos).
   Posteriormente se ha puesto de manifiesto, que si se consideraba que era la energía del ruido de impacto la magnitud física directamente relacionada con el daño y se utilizaba dicha energía para su valoración siguiendo los mismos criterios establecidos por el ruido continuo, se llegaba a resultados, en principio, tan correctos como los obtenidos a partir de las relaciones empíricas citadas anteriormente.
   Es evidente que este último método implica el poder efectuar mediciones de la energía sonora de un ruido de impacto. Esto no siempre es sencillo si no se dispone de los aparatos adecuados. Para subsanar esta dificultad se han ideado otros criterios de valoración que no son más que aproximaciones en las que se hacen algunas hipótesis sobre el ruido (por ejemplo, se supone a priori que su constante de tiempo tiene un valor determinado). En estas condiciones la valoración podría hacerse en función de alguna magnitud física del ruido, por ejemplo el valor de pico, que sea más sencilla de medir que la energía sonora.
   A continuación se analizan los criterios de valoración más usados hoy en día; así como las valoraciones aproximadas con un sonómetro.
                                         
              
                                                                             
   CRITERIOS DE VALORACIÓN DE COLES.   En 1967 Coles&Rice elaboraron el “Damage Risk Criteria” para ruidos de pulso o impacto.
   Posteriormente este criterio fue modificado por Chamba. Básicamente este criterio está fundamentado en el estudio de la pérdida temporal auditiva (que se supone proporcional a la pérdida permanente) producida por 100 impulsos distribuidos a lo largo de períodos que van desde los cuatro minutos hasta varías horas por día. La duración de estos impulsos varia entre 8 y 30 msec.
   La duración del impacto es el tiempo que tarda en perder 20 msec.
   Este criterio se presenta como una relación que da el nivel de pico máximo permitido para una determinada duración del impulso o impacto. Se complementa con una corrección que indica el número de dB en que debe rebajarse el nivel máximo permitido en función del número total de impulsos o impactos. En esta relación quedan comprendidos los trabajos realizados por Cohen (1966), Coles (1967), Hodge & Mc Commows (1967), Wlaker (1970) y Coles (1970).

   Para poder utilizar este criterio se precisa medir el nivel de pico y la duración del ruido de impacto o impulso. Cabe señalar que entre la constante de tiempo del impacto () y su duración (tal como se define este criterio) existe la siguiente relación   = 0. 4343. 

 

 

 

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