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ACÚSTICA BIOCLIMATICA: ESTUDO DE CASO DE UM ECO
COOLER
Helena Borges Coelho
Projeto de Graduação apresentado ao
Curso de Engenharia Mecânica da Escola
Politécnica, Universidade Federal do Rio
de Janeiro, como parte dos requisitos
necessários à obtenção do título de
Engenheiro.
Orientador: Jules Ghislain Slama
Rio de Janeiro
Fevereiro de 2017
Coelho, Helena Borges
Acústica bioclimática com estudo de caso de um Eco
Cooler/ Helena Borges Coelho. – Rio de Janeiro: UFRJ/
Escola Politécnica, 2017.
X, 57 p.: il.; 29, 7cm.
Orientador: Jules Ghislain Slama
Projeto de Graduação – UFRJ/Escola Politécnica/Curso
de Engenharia Mecânica, 2017.
Referências Bibliográficas: p. 56-57
1.Acústica Bioclimática 2. Eco Cooler 3. Ruído Interno
4. Níveis Sonoros 5. Índice de Redução Sonora
I. Slama, Jules Ghislain. II. Universidade Federal do Rio
de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia
Mecânica. III. Título.
Agradecimentos Em primeiro lugar, gostaria de agradecer à minha mãe Heloisa Borges, ao meu pai
José Luis Coelho e à minha irmã Fernanda Coelho, pela paciência e por todo apoio,
financeiro e emocional, durante toda minha vida. Sou muito grata pela família que
tenho. Sem eles, não chegaria à lugar algum.
Ao Prof. Jules Slama, pela orientação, ensinamentos e paciência ao longo dessa
trajetória. Sou muito grata.
À colega do LAVI, Ana Paula, pela disponibilidade e auxilio com as medições.
À todas os amigos e colegas de faculdade: da engenharia mecânica, da equipe
Minerva Baja, do LAVI e das aulas de dança.
Por último, mas não menos importante, à todos os professores que entraram no meu
caminho na UFRJ, que me ensinaram e me guiaram à ser a engenheira que sou hoje.
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Mecânico.
Acústica Bioclimática com Estudo de Caso de um Eco Cooler
Helena Borges Coelho
Fevereiro/2017
Orientador: Jules Ghislain Slama
Programa: Engenharia Mecânica
Esse projeto tem como finalidade avaliar o isolamento acústico promovido por
refrigeradores a partir de três dos principais fatores que proporcionam o conforto
acústico em um ambiente interno: o tempo de reverberação (TR), o nível de pressão
sonora (NPS) e o nível de ruído interno.
Por meio da construção de um protótipo de um Eco Cooler e experimentos feitos com
o auxílio de um medidor de níveis de pressão sonora, foi feita uma avaliação inicial do
isolamento acústico promovido por tal sistema de arrefecimento que utiliza ventilação
natural.
Palavras chave: acústica, acústica bioclimatica, eco cooler, ruído interno.
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of
the requirements for the degree of Mechanic Engineer.
BIOCLIMATIC ACOUSTICS WITH CASE STUDY ON AN ECO COOLER
Helena Borges Coelho
February/2017
Advisor: Jules Ghislain Slama
Course: Mechanical Engineering
This Project has the porpouse of evaluate the acoustic isulation promoted by
refrigerators from tree of the mais factors that provide the acoustic confort in an internal
environment: reverberation time, the sound pressure level and the level of internal
noise.
Through the construction of a prototype of an Eco Cooler and experiments made with
the aid of a sound pressure level meter, an initial evaluation of the acoustic insulation
promoted by this cooling system that uses natural ventilation was made.
Key words: acoustics, bioclimatic acoustics, eco cooler, internal noise
Sumário
1. Introdução ............................................................................................................................ 1
2. Acústica básica ................................................................................................................... 2
2.1 Ondas Sonoras ................................................................................................................ 3
2.1.1 Frequência ................................................................................................................. 3
2.1.2 Faixas de Frequência .............................................................................................. 4
2.1.3 Análise Espectral ...................................................................................................... 4
2.1.4 Tipos de ondas ......................................................................................................... 5
2.2 Fenômenos ondulatórios ................................................................................................ 5
2.2.1 Propagação ............................................................................................................... 5
2.2.2 Interferência ............................................................................................................... 6
2.2.3 Reflexão ..................................................................................................................... 6
2.2.4 Difração ...................................................................................................................... 6
2.3 Níveis Sonoros ................................................................................................................. 7
2.3.1 Níveis de Pressão Sonora ...................................................................................... 7
2.3.2 Níveis de Potência Sonora ...................................................................................... 7
2.3.3 Níveis de Intensidade Sonora ................................................................................ 8
2.3.4. Combinação de fontes ............................................................................................ 9
2.4 Ruídos ............................................................................................................................. 10
2.4.1 Fontes Sonoras ....................................................................................................... 10
2.4.2 Percepção sonora .................................................................................................. 11
2.4.3 Tipos de ruídos ....................................................................................................... 14
2.4.4 Avaliação de ruídos ................................................................................................ 16
3. Acústica de salas .............................................................................................................. 18
3.1 Propagação em campo livre ........................................................................................ 18
3.2 Propagação em ambientes internos ........................................................................... 21
3.2.1 Reverberação .......................................................................................................... 22
3.2.2 Transmissibilidade .................................................................................................. 26
3.2.3 Índice de Redução sonora (IRS) .......................................................................... 26
4. Acústica de Refrigeração ................................................................................................ 31
4.1 Ventilação Natural ......................................................................................................... 31
4.2 Refrigeradores ................................................................................................................ 33
4.3 Atenuação do som por elementos no duto ................................................................ 34
5. Estudo de caso: Eco Cooler ........................................................................................... 39
5.1 O sistema ........................................................................................................................ 39
5.2 Experimento .................................................................................................................... 41
5.3 Dados coletados ............................................................................................................ 45
5.4 Memória de cálculo........................................................................................................ 49
6. Conclusão .......................................................................................................................... 52
7. Bibliografia ......................................................................................................................... 53
8. Sites pesquisados ............................................................................................................ 55
1. Introdução
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 - Propagação de ondas sonoras, provocadas pela vibração de um alto
falante............................................................................................................................ 5
Figura 2.2 - Intensidade na superfície de uma onda esférica à uma dada distância......8
Figura 2.3 - Curvas Isofónicas.......................................................................................11
Figura 2.4 – Filtros de ponderação................................................................................12
Figura 2.5 - Ruído branco (amplitude x frequência) .....................................................14
Figura 2.6 - Ruído rosa..................................................................................................14
Figura 2.7 – Índices NC.................................................................................................22
Figura 3.1 - Reverberação em uma sala de aula e a variação da intensidade do som
ao longo do tempo.........................................................................................................21
Figura 3.2 - Tempo de reverberação ideal para alguns ambientes …..........................24
Figura 3.3 – Fator multiplicador para tempo de reverberação......................................24
Figura 3.4 – Ensaio com uma superfície divisória entre duas salas.............................26
Figura 3.5 – Lei da massa para diferentes faixas de frequência ..................................27
Figura 3.6 – Perda de Isolamento em paredes compostas...........................................28
Figura 4.1 – Ventilação cruzada em um ambiente........................................................31
Figura 4.2 – Ventilação cruzada em uma residência....................................................31
Figura 4.3 – Efeito chaminé...........................................................................................32
Figura 4.4 – Câmara sonora absorvente.......................................................................33
Figura 4.5 - Silenciador ativo.........................................................................................35
Figura 4.6 - Dissipativo retangular.................................................................................36
Figura 4.7 - Dissipativo circular.....................................................................................36
Figura 4.8 – Perda de isolamento por faixas de oitava.................................................37
Figura 5.1 - Entrada de ar quente na garrafa e saída do ar arrefecido.........................38
Figura 5.2 – Montagem do eco cooler...........................................................................39
Figura 5.3 - Eco cooler sendo instalado em Bangladesh .............................................39
Figura 5.4 - Esquema do experimento..........................................................................40
Figura 5.5 - Protótipo feito no laboratório......................................................................40
Figura 5.6 - Porta utilizada para simular a parede........................................................41
Figura 5.7 - Ambiente a ser refrigerado e medidor utilizado.........................................42
Figura 5.8 - Porta com abertura, simulando janela aberta............................................42
Figura 5.9 - Porta com eco cooler instalado..................................................................43
Figura 5.10 - Porta com eco cooler instalado, ambiente interno...................................43
Figura 5.11 - Níveis sonoros medidos sem exposição ao ruído rosa ...........................44
Figura 5.12 - Níveis sonoros medidos em ambiente interno fechado com exposição ao
ruído rosa .....................................................................................................................45
Figura 5.13 - Níveis sonoros em ambiente interno com simulação de janela aberta e
com exposição ao ruído rosa .......................................................................................45
Figura 5.14 - Medição em ambiente interno com eco cooler instalado e com exposição
ao ruído rosa ................................................................................................................46
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 – Percepção sonora ao aumento do nível de intensidade sonora..............11
Tabela 2.2 - Fatores das ponderações correspondentes à frequência.........................13
Tabela 2.3 - Conforto acústico em ambientes diversos................................................15
Tabela 3.1 – Coeficientes de absorção sonora para alguns materiais..........................23
Tabela 3.2 – Relação entre o IRS e a trasmissibilidade................................................31
Tabela 4.1 – Nível de pressão sonora específico Kw para um ventilador.....................38
Tabela 4.2 - Coeficiente de absorção............................................................................41
Tabela 5.1 – Medição sem exposição ao ruído rosa ....................................................44
Tabela 5.2 - Medição em ambiente interno fechado com exposição ao ruído rosa .....44
Tabela 5.3 - Medição em ambiente interno com simulação de janela aberta e com
exposição ao ruído rosa ...............................................................................................45
Tabela 5.4 - Medição em ambiente interno com eco cooler instalado e com exposição
ao ruído rosa.................................................................................................................46
Tabela 5.5 – Dados utilizados para cálculos.................................................................47
1
1. Introdução
As mudanças climáticas estão, atualmente, entre as grandes preocupações da
humanidade, principalmente pela sua relação com a emissão de gases de efeito
estufa. Uma das medidas para reduzir a emissão desses gases seria a adoção de
ações específicas para as cidades, como a construção de edificações sustentáveis.
Através de aberturas nas fachadas, como janelas e tijolos vazados, por exemplo,
essas edificações podem melhorar o conforto térmico nos ambientes internos,
protegendo dessa forma a saúde dos usuários.
O propósito da ventilação natural é ajudar de forma passiva o ser humano a
manter o conforto térmico sem qualquer alteração na temperatura do ar. Ela é
eficaz porque a exposição a uma leve brisa remove o calor do corpo humano por
convecção e evaporação. A perda de calor por convecção é significativa se a
temperatura do ar é menor do que a temperatura da pele.
Isto significa geralmente que a perda de calor por convecção é útil quando a
temperatura do ar não excede 35º C, que é a temperatura da pele de um indivíduo
vestido num ambiente quente. Enquanto a umidade relativa não excede 80%, o
fluxo de ar ajuda a aumentar a perda de calor por evaporação através da
transpiração imperceptível, que acontece quando o suor produzido evapora sem ser
percebido.
Contudo, as aberturas para ventilação aumentam a permeabilidade da
edificação ao ruído. A partir de 1989, a Organização Mundial da Saúde (OMS)
passou a tratar o ruído como problema de saúde pública. A legislação que trata do
conforto acústico e do controle da poluição sonora no Brasil, de modo geral, tem
como referência órgãos internacionais. Ela é composta por normas técnicas da
ABNT, por resoluções do CONAMA e por normas do Ministério do Trabalho e
Emprego (MTE).
O objetivo é estudar a acústica envolvida em mecanismos de refrigeração. Foi
feito um estudo de caso de um novo sistema, desenvolvido em Bangladesh, para o
arrefecimento de ambientes com uso de ventilação natural. Um protótipo foi criado
e foram feitos teste básicos, na presença de ruído rosa, para testar sua
transmissibilidade. Análise feita é restrita à acústica.
2
2. Acústica básica
De acordo com Merriam-Webster[1], a Acústica é definida como "a ciência que
lida com a produção, controle, transmissão, recepção e efeitos do som". Neste
capítulo serão mostrados conceitos básicos e definições importantes para
fundamentar o estudo feito nesse trabalho.
2.1 Ondas Sonoras
O som é um fenômeno ondulatório gerado pela vibração de um corpo ou
escoamento de um fluido e se propaga em diferentes estados físicos da matéria por
meio de pequenas flutuações de pressão, densidade e/ou temperatura.
2.1.1 Frequência
A frequência (f) é o número de oscilações completas geradas em uma unidade
de tempo. No Sistema internacional de Medidas (S.I.), sua unidade é ciclos por
segundos, denominado hertz (Hz). O ouvido humano possui uma faixa de
sensibilidade ao som com frequência de vibração entre 20 Hz e 20.000 kHz, sendo
o tímpano responsável por captar e o cérebro por interpretar essa vibração.
O período (T) é o tempo necessário para que se complete um ciclo. De acordo
com o SI, sua unidade é o segundo. A relação entre frequência e período é
inversamente proporcional, ou seja, a frequência é o inverso do período e vice-
versa.
𝑓 = 1
𝑇 e 𝑇 =
1
𝑓
Podemos também relacionar a frequência (f) e o comprimento de onda (λ)
através da seguinte equação:
𝑐 = 𝜆 𝑓
onde 𝑐 é velocidade do som [m/s], 𝜆 é ocomprimento de onda [m] e 𝑓 é a frequência
[Hz].
3
A velocidade do som é a velocidade de propagação das ondas sonoras em um
meio determinado. Para o caso padrão de temperatura à 20°C e pressão de 1 atm,
as ondas sonoras se propagam a aproximadamente 340 m/s.
2.1.2 Faixas de Frequência
A energia de uma onda sonora dificilmente será localizada apenas numa única
frequência. Essa repartição de energia nas frequências que formam o som é o seu
espectro e é estudada em análise espectral.
Para representação do espectro sonoro na faixa audível, usamos uma divisão
em 8 partes, as oitavas (1/1 octave bands), o que nos facilita identificar qual tem
maior energia sonora, que nos serve para análise de prevenção de ruído. As
frequências utilizadas para representar cada faixa são as centrais das faixas de
oitavas normalizadas, sendo a de 1000 Hz utilizada como referência, como definido
pelo Sistema Internacional. Para uma análise mais precisa, cada oitava pode ser
dividida em três, as terças (1/3 octave bands). As faixas de frequência citadas e
seus limites superior e inferior são mostradas na tabela a seguir.
Tabela 2.1 - Frequências relativas às faixas de oitavas e terças de oitavas [Hz]
Oitavas Terças
63
50
63
80
125
100
125
160
250
200
250
315
500
400
500
630
1000
800
1000
1250
2000
1600
2000
2500
4000
3150
4000
5000
8000
6300
8000
10000
4
2.1.3 Análise Espectral
A análise espectral, como dito anteriormente, é o estudo repartição em
frequência das energias que formam o som, e é feita através da Análise de Fourier.
Sons graves possuem baixa frequência e sons agudos, alta frequência.
O espectro é característico da fonte emissora e do meio em que se propaga.
Sendo assim, quando não se tem certeza sobre a origem do ruído, a análise
espectral ajuda a determinar a fonte do mesmo.
2.1.4 Tipos de ondas
Ondas planas são aquelas cuja frente de onda é um plano, como num duto de ar
condicionado, por exemplo. Quando a fonte está longe do receptor e não há
obstáculos no caminho, podemos considerar a onda como plana próxima a ele.
Quando a onda de uma fonte pontual se propaga em todas as direções com a
mesma intensidade, chamamos de esféricas. Caso se propague em torno de um
eixo, formando cilindros concêntricos, teremos ondas cilíndricas.
Com relação a vibração das partículas, ondas longitudinais são aquelas cuja
vibração ocorre na mesma direção do movimento. Já ondas transversais tem a
direção de vibração perpendicular à de propagação.
2.2 Fenômenos ondulatórios
2.2.1 Propagação
Para que haja propagação do som é necessário um meio matéria, o que explica
o por que não há som no vácuo. Esta se dá a partir de uma fonte com formação de
ondas esféricas. À uma distância grande dessa fonte, podemos considerar a onda
como sendo plana.
Na atmosfera, num determinado instante, existem áreas com mais partículas e
outras com menos partículas. Esse fenômeno está demonstrado nas figuras abaixo.
As áreas mais concentradas são de compressão, e as menos, de rarefação. A
movimentação dessas partículas causadas por uma perturbação propaga o som.
5
A velocidade de propagação do som no ar pode ser calculada como 𝑣 = √1.4𝑃
𝐷,
onde P é a pressão atmosférica e D é a densidade do ar.
Figura 2.1 - Propagação de ondas sonoras, provocadas pela vibração de um alto falante.
Fonte: www.infoescola.com/fisica/ondas-longitudinais
2.2.2 Interferência
A interferência é o fenômeno que ocorre quando duas ondas se sobrepõe na
mesma região do espaço, resultando numa onda com frequência e amplitude
distintos. A interferência pode ser classificada em construtiva e destrutiva.
Quando fontes emitem ondas com a mesma frequência, se as ondas se
sobreporem em fase, teremos uma interferência construtiva, onde a amplitude final
será igual a soma das amplitudes das ondas sobrepostas. Caso as ondas estejam
em oposição de fase, teremos interferência destrutiva, onde a amplitude final será o
módulo da subtração das amplitudes das ondas sobrepostas, podendo acontecer
das ondas se anularem (amplitude nula).
2.2.3 Reflexão
A reflexão acontece quando uma onda encontra algum obstáculo em sua
trajetória e sua direção é alterada. Um exemplo simples é o que acontece quando
gritamos em uma caverna: o som reflete nas paredes e volta para nossos ouvidos,
o som que reflete nas paredes e volta para nossos ouvidos chamamos de eco. A
reverberação é um efeito parecido, exceto pelo fato que o som refletido pode não
ser compreendido.
6
2.2.4 Difração
A difração é a modificação de uma onda em movimento devido à presença de objeto
em seu caminho. Um exemplo deste feito é mostrado abaixo: uma parede próxima à
uma fonte sonora, modificando o formato e a direção da onda incidida. O som
difratado pela parede em questão entra em uma região chamada de sombra acústica e
age como se o ponto de difração fosse a fonte destas ondas.
2.3 Níveis Sonoros
A unidade utilizada para medir o som é o decibel (dB). Trata-se de uma escala
logarítmica utilizada devido ao fato de o ouvido humano ser bastante sensível,
podendo captar sons de um sussurro, que emite aproximadamente 10−10 W, e até
de um avião a jato, que emite 100000 W de potência ao decolar. Assim sendo, uma
escala logarítmica torna-se mais apropriada para medição dessas grandezas.
2.3.1 Níveis de Pressão Sonora
O parâmetro mais utilizado para indicar o volume de um som é o nível de
pressão sonora. Essa pressão é definida como a diferença entre a pressão
instantânea do ar na presença de ondas sonoras e a pressão atmosférica, e tem
por unidade de medida o Pascal (Pa) ou Newton por metro quadrado (N/m²),
segundo o S.I..
O nível de pressão sonora (𝑁𝑃𝑆) é definido na equação abaixo:
𝑁𝑃𝑆 = 10𝑙𝑜𝑔10 (𝑝𝑟𝑚𝑠2
𝑝02 ) [dB]
onde 𝑝𝑟𝑚𝑠 é a raiz média quadrada (em inglês, root-mean-square) da pressão
sonora [Pa] e 𝑝0 é a pressão sonora de referência, equivalente a 0,00002 Pa. Essa
referência foi definida com base na pressão sonora correspondente ao limiar da
audição à 1kHz.
7
2.3.2 Níveis de Potência Sonora
Uma fonte sonora tem por característica fundamental a capacidade de emitir
energia sonora. A potência sonora é a energia acústica total emitida por uma fonte
por unidade de tempo. Sua unidade de medida é o watt (W) ou Joule por segundo
(J/s).
O nível de potência sonora (𝐿𝑊) de uma fonte pode ser definido da seguinte
forma:
𝐿𝑊 = 10𝑙𝑜𝑔10 (𝑊
𝑊0) [dB]
onde 𝑊 é a potência sonora [W] e 𝑊0 é a potência sonora de referência,
equivalente a 10−12 [W].
2.3.3 Níveis de Intensidade Sonora
Tratando-se de acústica, a intensidade é o valor médio do fluxo de energia por
unidade de área, sendo essa perpendicular à direção de propagação. Sua unidade
é o watt por metro quadrado [W/m²].
𝐼 =𝑊
𝐴
O nível de intensidade sonora (𝐿𝐼) pode ser calculado como
𝐿𝐼 = 10𝑙𝑜𝑔10 (𝐼
𝐼0) [dB]
.
onde 𝐼 é a intensidade acústica [W/m²] e 𝐼0 é a intensidade de referência,
equivalente a 10−12 [W/m²].
Se pensarmos em uma fonte pontual em um campo sonoro livre, ou seja, sem
reflexões, sabemos que a área da frente de onda quando o som se propaga cresce
quadraticamente em função da distância. Assim sendo, se dobrarmos o raio,
quadruplicamos a área. A figura a seguir ilustra a explicação prévia.
8
Figura 2.2 - Intensidade na superfície de uma onda esférica à uma dada distância.
Fonte: taniapinto23.wordpress.com
Neste mesmo campo livre, a intensidade sonora se relaciona com a pressão em
um certo ponto no espaço da seguinte forma:
𝐼 =𝑝𝑟𝑚𝑠2
. 𝑐
onde 𝑝𝑟𝑚𝑠2 é o valor eficaz da pressão sonora [Pa], c é a velocidade de propagação
da onda [m/s] e é a massa volumétrica do meio [kg/m³].
2.3.4. Combinação de fontes
Quando se há mais de uma fonte sonora em um ambiente, soma-se os níveis
sonoros para calcular o nível total num ponto do local. Para somar os níveis de
pressão e potência sonoros soma-se as pressões e potencias, respectivamente, de
cada faixa de oitava dividida pelos respectivos valores de referência. Este cálculo é
mostrado nas equações a seguir:
𝐿𝑇 = 10𝑙𝑜𝑔10(𝑆𝑂𝑀𝐴) [dB]
9
No caso da soma de níveis de pressão,
𝑝𝑟𝑚𝑠𝑝0
= 10(𝐿𝑃 10⁄ )
𝑆𝑂𝑀𝐴 = 10[𝐿𝑃1 10⁄ ] + 10[𝐿𝑃2 10⁄ ] + 10[𝐿𝑃3 10⁄ ] +⋯
Quando a soma é de níveis de potência,
𝑊
𝑊0= 10(𝐿𝑊 10⁄ )
𝑆𝑂𝑀𝐴 = 10(𝐿𝑊1 10)⁄ + 10(𝐿𝑊2 10⁄ ) + 10(𝐿𝑊3 10⁄ ) +⋯
Para adicionar mais de duas fontes, deve-se colocar os níveis em ordem
crescente e então fazer a soma duas a duas como mostrado anteriormente. Se
todas as fontes tiverem um mesmo nível X dB,
∑ 𝐿𝑃𝑛𝑛
1= 𝑋 + 10log (𝑛)
2.4 Ruídos
2.4.1 Fontes Sonoras
Fonte sonora é qualquer corpo que faz o ar (ou qualquer meio em que ele está)
oscile, gerando ondas com frequência e amplitude detectáveis pelo ouvido humano.
A direcionalidade de uma fonte sonora é a característica espacial da emissão
sonora da fonte. No caso de uma fonte esférica, quando não há superfícies
próximas, consideramos a fonte em um campo livre e Q=1. Se houver uma
superfície próxima, a onda gerada será uma semiesfera e Q=2. No caso de uma
fonte no encontro de duas superfícies perpendiculares entre si, Q=4. Por fim, se a
10
posição da fonte for na interseção de três planos perpendiculares entre si, como no
canto de uma sala, Q=8.
A intensidade de uma fonte sonora esférica é
𝐼 =𝑊
4𝜋𝑅2 [W/m²]
Para uma fonte cilíndrica, a intensidade sonora é
𝐼 =𝑊
2𝜋𝑅 [W/m²]
onde W é a potência sonora da fonte por metro [W/m] e R é a distância da fonte ao
ponto que está sendo analisado [m].
2.4.2 Percepção sonora
A percepção do som por nós, seres humanos, é feita pela detecção de vários
fatores, como volume, duração, atenuação, frequência, timbre, entre outros. O
ouvido capta estas informações que são enviadas ao cérebro e são interpretadas
como a direção da localização da fonte, por exemplo.
Contudo, o nosso ouvido não responde da mesma forma a todas as frequências,
como pode ser observado nas curvas isofônicas normalizadas abaixo. Estas curvas
são linhas de sons de igual percepção de intensidade auditiva em função da
frequência.
11
Figura 2.3 - Curvas Isofónicas.
Fonte: www.backstagenews.it/2013/02/04/le-unita-di-misura-soggettive-del-suono/
Poluição sonora
Chamamos de poluição sonora o desconforto gerado pelo som ao ouvido
humano, causando danos à saúde. Diferentemente de outros tipos de poluição, a
poluição sonora não deixa resíduo, possui um menor raio de ação, não é
transportada através de fontes naturais e é percebida somente por um sentido:
a audição. Isto faz com que seus efeitos sejam subestimados.
A tabela seguinte apresenta resultados qualitativos sobre a mudança de
percepção do som com uma mudança de seu nível de pressão sonora.
Tabela 2.1 - Percepção sonora ao aumento do nível de intensidade sonora
Mudança de Nível de Intensidade Mudança na Percepção da
Intensidade do Ruído
1 dB Quase despercebida
3 dB Perceptível
5 dB Claramente perceptível
10 dB Duas vezes (ou metade) mais alto
18 dB Muito mais alto ou mais quieto
12
Escalas
Como dito anteriormente, o som é medido em decibéis. Para simular a reação do
ouvido humano, foram criadas ponderações em frequência, incorporadas num
sonômetro, instrumento que mede a pressão acústica.
Inicialmente, foram desenvolvidas três filtros de ponderação, designadas por
filtros A, B e C, que correspondem aproximadamente ao inverso das linhas
isofónicas de 40, 70 e 100 fones. A ponderação D foi desenvolvida para avaliação
de ruídos de sobrevoos de aeronaves, penalizando altas frequências. Hoje em dia,
são mais utilizadas as malhas A e C que são aceites pelas normas internacionais.
No gráfico a seguir, por exemplo, à 100Hz, a malha A introduz uma atenuação de
20 dB.
Figura 2.6 - Filtros de ponderação.
Fonte: pt.wikipedia.org/wiki/Decibel%C3%ADmetro
Para calcular o nível sonoro nas ponderações A, B e C, soma-se o valor do nível
de pressão sonora (NPS) em decibéis com o fator das ponderações correspondente
à frequência sendo analisada. Estes fatores são mostrados na tabela a seguir.
13
Tabela 2.3 - Fatores das ponderações correspondentes à frequências nas faixas de
oitavas.
Frequência [Hz] Pond. A [dB] Pond. B [dB] Pond. C [dB]
31,5 -39,4 -17,1 -3
63 -26,2 -9,3 -0,8
125 -16,1 -4,2 -0,2
250 -8,6 -1,3 0
500 -3,2 -0,3 0
1000 0 0 0
2000 +1,2 -0,1 -0,2
4000 +1 -0,7 -0,8
8000 -1,1 -2,9 -3
2.4.3 Tipos de ruídos
O ruído é definido como qualquer som indesejável. Segundo sua distribuição
temporal, os ruídos podem ser classificados em contínuo, flutuante e impulsivo. Um
ruído contínuo possui variação de nível de intensidade sonora muito pequena em
função do tempo, como por exemplo um período superior a 15 minutos com
variação de + 3 dB. O ruído flutuante é aquele que apresenta grandes variações de
nível em função do tempo. Já o impulsivo apresenta picos com duração menor que
um segundo à intervalos superiores a um segundo.
Os ruídos não contínuos podem ser intermitentes, com variações de + 3 dB em
um intervalo de 15 minutos, pulsantes, com variações acima de + 3 dB com
duração entre 15 minutos e 10 milissegundos, ou impulsivos ou de impacto, quando
o tempo de duração é inferior à 10 milissegundos.
Ruído Branco e Ruído Rosa
Existem dois modelos de ruídos que são bastante utilizados por conter todas as
faixas de frequência audíveis por seres humanos: o ruído branco e o ruído rosa. A
diferença entre eles é maneira como as suas potências do sinal são distribuídas
entre as frequências. O ruído branco possui uma distribuição constante em todas as
frequências enquanto o rosa diminui à medida que a frequência aumenta. Na
representação por faixas de oitavas, o nível sonoro por faixas de oitava do ruído
14
branco aumenta em 3dB cada vez que se passa de uma faixa para a faixa
imediatamente acima. No caso do ruído rosa o nível sonoro é o mesmo em todas
as faixas de oitavas.
Figura 2.5 - Ruído branco (amplitude x frequência)
Fonte: sophiaofnature.wordpress.com/2011/06/13/ressonancia-estocastica-parte-i/
Figura 2.6 - Ruído rosa.
Fonte: nj-web.net/app/colorful-noize.html
15
2.4.4 Avaliação de ruídos
O ruído é avaliado baseado em legislações que tratam do conforto acústico e do
controle da poluição sonora, tendo como referência órgãos internacionais, como a
OMS e a OIT. Os critérios para avaliação dos níveis de ruído são estabelecidos
para duas aplicações: ruído comunitário de vizinhança e de habitações e ruído
ocupacional.
A norma NBR10151, da ABNT, intitulada “Acústica – Avaliação do ruído em
áreas habitadas, visando o conforto da comunidade – Procedimento”, específica um
método para a medição de ruído, a aplicação de correções nos níveis medidos se o
ruído apresentar características especiais e uma comparação dos níveis corrigidos
com um critério que leva em conta vários fatores.
Já na norma NBR10152, também da ABNT, fixa os níveis de ruído compatíveis
com o conforto acústico em ambientes diversos. Nela encontra-se uma tabela com
uma faixa de valores definidos como aceitáveis para o conforto acústico em
determinados locais e um gráfico com as curvas de avaliação de ruído com os
índices NC, ambos reproduzidos a seguir.
Figura 2.7 - Índices NC
Fonte: www.ebah.com.br/content/nbr-10152-niveis-ruido-conforto-acustico
16
Tabela 2.3 - Conforto acústico em ambientes diversos.
Locais dB(A) NC
Hospitais
Apartamentos, Enfermarias, Berçários, Centros Cirúrgicos 35-45 30-40
Laboratórios, Áreas para uso público 40-50 35-45
Serviços 45-55 40-50
Escolas
Bibliotecas, Salas de Música, Salas de Desenho 35-45 30-40
Salas de Aula, Laboratórios 40-50 35-45
Circulação 45-55 40-50
Hotéis
Apartamentos 35-45 30-40
Restaurantes, Salas de Estar 40-50 35-45
Portaria, Recepção, Circulação 45-55 40-50
Residências
Dormitórios 35-45 30-40
Salas de Estar 40-50 35-45
Auditórios
Salas de Concertos, Teatros 30-40 25-30
Salas de Conferências, Cinemas, Salas de uso múltiplo 35-45 30-35
Restaurantes 40-50 35-45
Escritórios
Salas de Reunião 30-40 25-35
Salas de Gerência, Salas de Projetos e de Administração 35-45 30-40
Salas de Computadores 45-65 40-60
Salas de Mecanografia 50-60 45-55
Igrejas e Templos (Cultos Meditativos) 40-50 35-45
Locais para Esporte
Pavilhões fechados para espetáculos e atividades esportivas
45-60 40-55
17
3. Acústica de salas
Ao contrário do que acontece em campo livre, onde não há obstáculos à
propagação do som, as superfícies de uma sala modificam o campo sonoro, o que
altera a propagação do som.
No campo sonoro presente em uma sala existem dois tipos de campos que se
superpõem: o campo direto e o campo reverberante: o primeiro resulta da
propagação direta do som ao receptor, e o segundo é gerado a partir de múltiplas
reflexões do som na superfície da sala. À medida que a distância entre a fonte e o
ouvinte aumentar, a densidade de energia do campo direto diminuirá até que o
campo sonoro total será predominantemente composto pelo campo reverberante.
3.1 Propagação em campo livre
A propagação do som em ambientes externos depende de fatores como o tipo e
a diretividade da fonte, condições climáticas e a presença de barreiras no caminho.
A análise dessa propagação é aplicável à ruído de trafego em estrada, fontes de
ruídos industriais, atividades da construção civil, entre outros.
Fontes reais dificilmente irradiam o som de forma igual em todas as direções.
Por isso, é necessário conhecer o índice de diretividade definido como
𝐷𝐼𝜃 = 10𝑙𝑜𝑔 (𝑄𝜃)
Onde 𝑄𝜃 é o fator de diretividade em função da direção 𝜃.
Uma fonte pontual, que pode representar uma fonte de dimensão finita situada a
uma grande distância do receptor, possui nível de pressão sonora NPS como na
equação abaixo.
𝑁𝑃𝑆 = 𝐿𝑤 + 10𝑙𝑜g (𝑄
4𝜋𝑟²) − 𝐷
onde 𝐿𝑤 é o nível de potência sonora da fonte [dB], 𝑄 é o fator de diretividade, 𝑟 é a
distância da fonte ao ponto em análise [m] e 𝐷 é o termo que contém as influências
externas.
18
Uma fonte linear caracteriza-se pela potência acústica por metro linear e seu
NPS pode ser calculado como
𝑁𝑃𝑆 = 10𝑙𝑜𝑔 (𝑊𝑚𝑊0) + 10𝑙𝑜𝑔 (
1
2𝜋𝑟)
onde 𝑊𝑚 é a potência acústica por metro linear, 𝑊0 é a potência sonora de
referência, equivalente a 10−12 [W], e 𝑟 é a distância da fonte ao ponto em análise
[m].
Em fontes omnidirecionais, que irradiam em todas as direções, a relação entre o
nível de pressão sonora NPS, o nível de potência sonora 𝐿𝑤 [dB] e a distância r [m]
entre a fonte e o receptor é dada por
𝑁𝑃𝑆 = 𝐿𝑤 + 10𝑙𝑜g (1
4𝜋𝑟2)
ou, de outra maneira,
𝑁𝑃𝑆 = 𝐿𝑤 − 20 𝑙𝑜𝑔(𝑟) − 11
No caso de uma fonte omnidirecional situada sobre um plano refletor, onde toda
energia sonora irradiada refletirá para um espaço semi-infinito. Isto caracteriza uma
propagação de onda semiesférica, que atravessa uma área de 2𝜋𝑟2. Nesse caso,
𝑁𝑃𝑆 = 𝐿𝑤 + 10𝑙𝑜g (1
2𝜋𝑟²)
Ou, de outra forma,
𝑁𝑃𝑆 = 𝐿𝑤 − 20 𝑙𝑜𝑔(𝑟) − 8
Em se tratando de influencias atmosféricas, fatores como vento, temperatura,
solo e vegetação podem alterar a propagação do som. O efeito do gradiente de
velocidade do vento, por exemplo, deve dobrar a frente de onda e curvar os raios
sonoros. Ventos que se deslocam no sentido oposto ao do som, curvam os raios
sonoros para cima e criam uma região de sombra. Ventos que se deslocam no
sentido do som, curvam os raios sonoros para baixo e produzem um realce no
nível.
O efeito do solo pode ser bastante sensível para frequências de 250 a 500 Hz.
Considerando que este efeito será fortemente influenciado pelo vento e por
barreiras, que determinam o caráter curvo da transmissão, o efeito do solo
raramente ultrapassa a 25 dB.
19
A influência da vegetação (como as matas e florestas) consiste em um conjunto
de reflexões, dispersões e absorções da vegetação. Apenas uma vegetação densa,
plantada sobre uma grande extensão de terra, permitirá uma atenuação sonora
apreciável.
Existe um padrão internacional para calcular qual será a atenuação na
propagação do som em ambientes externos. Este padrão é descrito na norma ISO
9613, partes um e dois, e permite o prognóstico dos níveis de ruído emitido por
fontes conhecidas e variadas.
A primeira parte dessa norma especifica um método analítico de cálculo para a
atenuação do som gerada por absorção atmosférica para uma variedade de
condições meteorológicas. Para tons puros, a atenuação devida a absorção
atmosférica é feita em termos de um coeficiente de atenuação como função da
frequência do som (50 Hz a 10 kHz), da temperatura (-20°C a 50°C), da umidade
relativa do ar (10% a 100%) e da pressão atmosférica (101.325 kPa). Também são
apresentadas fórmulas para intervalos maiores, como em frequências ultrassónicas
e baixas pressões, e para tons que não sejam puros.
Essa atenuação é dada por
∆𝐿𝑡(𝑓) = 10𝑙𝑜𝑔 (𝑃12
𝑃22) = 𝛼 𝑠
Onde ∆𝐿𝑡(𝑓) é a atenuação devido a absorção atmosférica [dB], no nível de
pressão sonora em tons puros e frequência f. Para o nível final, a distância é 𝑠; para
o nível inicial, 𝑠 = 0.
A segunda parte descreve um método para calcular a atenuação do som durante
a propagação em ambientes externos para estimar os níveis de ruído ambiente a
uma distância de diferentes fontes. O método estima um nível de pressão sonora
continuo equivalente na ponderação A sob condições climáticas favoráveis a
propagação do som, ou seja, para propagação de ondas côncavas, baseada na
inversão de temperatura.
Para cada oito faixas de oitava, com frequências nominais em meia banda de 63
Hz até 8 KHz. A seguinte equação é usada para determinar os oito níveis de cada
banda de oitava:
𝐿𝜋(𝐷𝑊) = 𝐿𝑤 +𝐷 − 𝐴 [𝑑𝐵]
20
onde 𝐿𝑤 é o nível de potência sonora por banda de oitava [dB] produzido por uma
fonte pontual cuja potência sonora de referência é de 10−12[W], D é a divergência
geométrica e At se refere a diversas atenuações, por banda de oitava, dada pela
equação a seguir.
𝐴𝑡 = 𝐴𝑡𝑑𝑖𝑣 + 𝐴𝑡𝑎𝑡𝑚 + 𝐴𝑡𝑠𝑜𝑙𝑜 + 𝐴𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑝𝑎𝑟𝑜 + 𝐴𝑡𝑒𝑑 [𝑑𝐵]
Onde
𝐴𝑡𝑑𝑖𝑣 é a atenuação devido a divergência geométrica;
𝐴𝑡𝑎𝑡𝑚 =𝛼𝑑
1000 [𝑑𝐵] é a atenuação devido a absorção atmosférica;
𝐴𝑡𝑠𝑜𝑙𝑜 é a atenuação devido ao efeito do solo;
𝐴𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑝𝑎𝑟𝑜 é a atenuação devido ao efeito do anteparo;
𝐴𝑡𝑒𝑑 é a atenuação devido a efeitos diversos.
A divergência geométrica para uma fonte pontual de ondas esféricas é dada por
𝐴𝑡𝑑𝑖𝑣 = 20𝑙𝑜𝑔 (𝑑
𝑑0) + 11 [𝑑𝐵]
A atenuação devido a absorção atmosférica em propagação com uma distância
d é dada por
𝐴𝑡𝑎𝑡𝑚 =𝛼𝑑
1000 [𝑑𝐵]
3.2 Propagação em ambientes internos
A propagação em ambientes internos, como estudada em acústica de salas,
difere do que acontece em campo livre pois as superfícies de uma sala introduzem
uma complexidade no campo sonoro, que alteram a propagação do som. No campo
sonoro em uma sala, os campos diretos e reverberantes se sobrepõem.
3.2.1 Reverberação
A reverberação é um fenômeno que ocorre em ambientes fechados onde
múltiplos reflexos do som original se somam no ambiente ao longo do tempo,
21
modificando o ruído que chega ao receptor. Sendo assim, este depende das
dimensões do espaço, do tipo de ambiente, da forma e do número de superfícies
presentes.
Devido as reflexões, o nível sonoro na sala é superior ao correspondente à
propagação em campo livre. Em condições de um campo difuso, após atingido um
estado estacionário, o nível sonoro é constante em qualquer que seja a posição do
receptor, não variando em função da distância. Nesta condição, a energia emitida
pela fonte será igual à absorvida pelas paredes e pelo ar. Para o caso de pequenas
salas, principalmente para baixas frequências, a absorção pelo ar é desprezível.
Figura 3.1 - Reverberação em uma sala de aula e a variação da intensidade do som ao
longo do tempo.
Fonte: www.ufrrj.br/institutos/it/de/acidentes/voz5.htm
O nível sonoro reverberante na sala é dado por:
𝑁𝑃𝑆 = 𝐿𝑤 + 10𝑙𝑜𝑔 (4
𝑅) [𝑑𝐵]
onde R é a constante da sala e pode ser calculada como
𝑅 =𝑆�̅�
1 − �̅�
22
com S sendo a área superficial total da sala, em metros quadrados, e �̅�, o
coeficiente médio de absorção dos limites da sala, que pode ser calculado por
�̅� =𝑆1𝛼1 + 𝑆2𝛼2 + 𝑆3𝛼3 +⋯+ 𝑆𝑛𝛼𝑛
𝑆𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
Levando em conta os ganhos de amplificação, o nível sonoro total numa sala,
gerado pelos campos direto e reverberante, é de
𝑁𝑃𝑆 = 𝐿𝑤 + 10𝑙𝑜𝑔 (𝑄
4𝜋𝑟²+4
𝑅) [𝑑𝐵]
Tempo de reverberação
Uma das características mais importantes para avaliação de ambientes internos
é o tempo de reverberação. Um cálculo empírico foi feito por W.A. Sabine em 1896
para o tempo de reverberação, proporcional ao volume da sala e inversamente
proporcional a absorção da superfície:
𝑇𝑅 = 0,161𝑉
𝐴 (Sabine)
Onde a absorção da superfície é 𝐴 = ∑𝑆𝑛𝛼𝑛. O tempo de reverberação deve ser
calculado para cada banda de oitava, pois ele é uma função do coeficiente de
absorção sonora, que está sujeito a variações de frequência.
Considerando a absorção pelo ar em altas frequências,
𝑇𝑅 = 0,161𝑉
𝐴 +𝑚𝑉
Onde 𝑚 = 0.12 é a absorção do ar à 2000Hz, 20°C e 30% de umidade relativa.
Essa forma, entretanto, só é válida se a absorção for pequena.
A fórmula de Eyring também pode ser usada para o cálculo de 𝑇𝑅. Esta resulta
de uma aproximação estatística que supõe que a energia reverberante está
uniformemente distribuída na sala e funciona bem se os coeficientes de absorção
das paredes, do teto e do piso não diferirem muito.
𝑇𝑅 = −(0,161𝑉
𝑆 𝑙𝑛(1−�̅�)) (Eyring)
23
Existe também um terceiro modelo para esse cálculo: o modelo de Millington.
Este modelo é melhor utilizado para casos onde não há uniformidade na
distribuição dos materiais absorventes, quando as superfícies não são grandes e
com superfícies de baixa absorção.
𝑇𝑅 = −(0,161𝑉
𝑆1 𝑙𝑛(1−𝛼1)+𝑆2 𝑙𝑛(1−𝛼2)+𝑆3 𝑙𝑛(1−𝛼3)+⋯+𝑆𝑛 𝑙𝑛(1−𝛼𝑛)) (Millington)
Na tabela abaixo podemos ver valores de 𝛼 para diferentes materiais, em
diferentes frequências.
Tabela 3.1 - Coeficientes de absorção sonora para alguns materiais.
Material Frequência (Hz)
125 250 500 1k 2k 4k
Lã de rocha (10cm) 0,42 0,66 0,73 0,74 0,76 0,79
Lã de vidro (10cm) 0,29 0,55 0,64 0,75 0,80 0,85
Feltro (1,2cm) 0,02 0,55 0,64 0,75 0,80 0,85
Placas de Cortiça sobre concreto (0,5cm)
0,02 0,02 0,03 0,03 0,04 0,04
Tapete de lã (1,5cm) 0,20 0,25 0,35 0,40 0,50 0,75
Reboco áspero, cal 0,03 0,03 0,03 0,03 0,04 0,07
Concreto aparente 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,03
Parede de alvenaria 0,02 0,02 0,03 0,04 0,05 0,07
Vidro 0,18 0,06 0,04 0,03 0,03 0,02
Tapete 5mm sobre feltro 5mm
0,07 0,21 0,57 0,66 0,81 0,72
Madeira compensada de 3mm, a 50mm de parede, espaço vazio
0,25 0,34 0,18 0,10 0,10 0,05
Chapa de papelão-gesso, de 9,5mm, sem furos, na frente de espaço de 50mm preenchido de lã mineral (14,5cm)
0,33 0,12 0,08 0,07 0,06 0,10
Forro de gesso perfurado com manta de lã de vidro (2cm)
0,68 0,90 0,78 0,65 0,50 0,45
Cortina de veludo 0,14 0,35 0,55 0,72 0,70 0,65
O tempo de reverberação ideal para uma sala depende de como esta será
usada. Tempos de reverberação longos dificultam o entendimento da fala, além de
produzirem níveis mais altos de ruídos de fundo. No caso de tempos curtos, o ruído
de fundo é abafado e a fala é amortecida. (ABNT, 1998).
24
Figura 3.2 - Tempo de reverberação ideal para alguns ambientes (ABNT 1998)
Fonte: docslide.com.br/documents/aula-calculo-materiais-e-tempo-de-reverberacao.html
Para o caso de frequências diferentes, o 𝑇𝑅 ideal relativo à 500Hz deve ser
multiplicado pelo fator apresentado no gráfico abaixo. Para frequências acima de
500 Hz o tempo de reverberação se mantem constante, sendo o fator multiplicador
não necessário nesses casos.
Figura 3.3 - Fator multiplicador para tempo de reverberação
Fonte: SILVA, D. T., 2000. Estudo da Isolação Sonora em Paredes Divisórias de Diversas
Naturezas.
25
3.2.2 Transmissibilidade
Transmissão é a propriedade sonora que permite que o som passe de um lado
para o outro de uma superfície, dando continuidade à propagação. A
transmissibilidade do ruído 𝜏 por uma parede infinita pode ser definida como a
razão entre a potência sonora transmitida 𝑊𝑡 e a incidente 𝑊𝑖. Quanto maior o valor
de 𝜏, maior é a energia transmitida.
𝜏 =𝑊𝑡
𝑊𝑖
Para o caso de superfícies compostas por mais de um material (uma parede com
uma janela, por exemplo), calculamos a transmissibilidade composta da superfície
como:
𝜏𝑐𝑜𝑚𝑝 =𝜏1𝑆1 + 𝜏2𝑆2𝑆1 + 𝑆2
3.2.3 Índice de Redução sonora (IRS)
O isolamento acústico de uma superfície divisória é medido através do índice de
redução sonora IRS, ou da perda de transmissão sonora, que expressa a energia
sonora que deixa de ser transmitida pela divisória.
𝐼𝑅𝑆 = 10𝑙𝑜𝑔 (𝑊𝑖
𝑊𝑡) [dB]
Podemos relacionar o IRS à transmissibilidade da seguinte forma:
𝐼𝑅𝑆 = 10𝑙𝑜𝑔 (1
𝜏)
𝜏 = 10−𝐼𝑅𝑆10
Para calcular o IRS de superfícies compostas por dois materiais diferentes, com
áreas e transmissibilidades distintos, utilizamos o índice de transmissibilidade
composto.
𝐼𝑅𝑆 = 10𝑙𝑜𝑔 (1
𝜏𝑐𝑜𝑚𝑝)
26
𝐼𝑅𝑆 = −10𝑙𝑜𝑔 (𝜏1𝑆1 + 𝜏2𝑆2𝑆1 + 𝑆2
)
𝐼𝑅𝑆 = −10𝑙𝑜𝑔(𝑆110
−𝐼𝑅𝑆110 + 𝑆210
−𝐼𝑅𝑆210
𝑆1 + 𝑆2)
Sendo os índices “1” e “2” referentes aos dois materiais distintos.
Partições simples
Para calcular o 𝐼𝑅𝑆 de uma superfície divisória (anteparo) com área S, o teste a
seguir pode ser feito: uma sala com uma fonte sonora, com um campo sonoro
difuso de 𝐿1 dB, e uma sala adjacente com volume V. Se o nível sonoro na sala
receptora é 𝐿2 e seu tempo de reverberação é T, então:
𝑅 = 𝐿1 − 𝐿2 + 10 log(𝑆) + 10𝑙𝑜𝑔 (𝑇
0,161𝑉)
Figura 3.4 - Ensaio com uma superfície divisória entre duas salas
Fonte: SLAMA, J. G., Acústica ambiental. Curso de Acústica Ambiental.
Uma divisória simples é aquela em que ambas as superfícies expostas estão
rigidamente conectadas. Como exemplo, podemos citar os painéis de tijolos, de
madeira, de gesso e blocos de concreto. O IRS deste tipo de divisória depende da
sua massa, rigidez, amortecimento e disposição das paredes do local de recepção.
27
Lei da Massa
Quando a onda sonora incidente produz uma vibração na superfície, esta irradia
energia sonora para o ambiente do lado oposto da divisória. Portanto, quanto maior
a massa da divisória menos ela vibrará e menor será a transmissão de energia.
Quanto maior a densidade do obstáculo, maior será o isolamento. Logo, as paredes
de tijolo maciços ou de concreto e de grande espessura apresentam as maiores
atenuações.
É válido ressaltar que, ao se dobrar a massa da divisória, ocorre um acréscimo
do índice de redução sonora de 5 a 6 dB. Além disso, se dobrarmos a espessura de
um obstáculo, a atenuação não dobra. Mas se dois materiais idênticos forem
utilizados espaçados entre eles, o isolamento poderá ser dobrado. Assim, utiliza-se
duas chapas de madeira, ou janelas com 2 vidros separados em mais de 20 cm,
para aumentar o isolamento acústico do ambiente.
Sabendo disso, outra maneira de se calcular o IRS é através da lei da massa,
como mostrado a seguir
𝐼𝑅𝑆 = 20𝑙𝑜𝑔(𝑓 ∗ 𝑚) − 48 [𝑑𝐵]
onde m é a massa por área [kg/m²] e f é a frequência [Hz].
Contudo, a lei da massa não funciona para todas as frequências. Devido à baixa
frequência de ressonância, à rigidez e ao fenômeno chamado de coincidência, para
frequências muito altas ou muito baixas a transmissão não é regida pela lei da
massa.
Figura 3.5 - Lei da massa para diferentes faixas de frequência
Fonte: SLAMA, J. G., Acústica ambiental. Curso de Acústica Ambiental.
28
Como mostra a imagem acima, na região de baixa frequência (região 1), a
divisória se comporta como uma película, vibrando numa frequência equiparável à
fonte emissora. Nesta região, a transmissão é controlada pela rigidez e pela
ressonância.
Na região de alta frequência (região 3), acima da frequência crítica, há redução
de performance devido à um fenômeno chamado coincidência: o comprimento de
onda vibratória da superfície coincide com os componentes tangenciais da
velocidade de onda incidente. A frequência de coincidência depende da
homogeneidade do material e de seu amortecimento.
Quando a projeção do comprimento de onda incidente (onda plana) é igual ao
comprimento de onda livre à flexão, ao longo da parede, e a velocidade de
propagação da onda incidente se iguala à velocidade de propagação da onda de
flexão, ocorre o efeito de coincidência. A frequência em que ocorre esse fenômeno
é denominada frequência crítica.
Parede composta
Uma parede composta por outros elementos, como portas e janelas com IRS
diferente do seu, tem suas características de transmissão sonora alteradas. Sendo
assim, é necessário que se faça uma composição entre os IRS’s e as áreas de
todas as superfícies envolvidas para que se alcance o resultado desejado. Isto
pode ser feito através do gráfico da figura abaixo.
Figura 3.6 - Perda de Isolamento em paredes compostas
Fonte: SLAMA, J. G., Acústica ambiental. Curso de Acústica Ambiental.
29
Segundo (LIPS, 1999) podemos utilizar a equação abaixo para calcular os
coeficientes de isolamento acústico resultantes das paredes compostas.
𝑅𝑟𝑒𝑠 = 𝑅1 − 100𝑙𝑜𝑔 {1 +𝑆2𝑆𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
∗ (100,1(𝑅1−𝑅2)) − 1}
onde
𝑅𝑟𝑒𝑠 = IRS resultante da parede composta;
𝑅1 = IRS do material que apresenta maior isolamento;
𝑅2 = IRS do material que apresenta menor isolamento;
𝑆2 = área do material que apresenta menor isolamento;
𝑆𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = área total da parede composta.
Ruído externo
Os sons gerados nos grandes centros urbanos são uma das maiores
preocupações em acústica e uma das maiores fontes de estudo da área. Ruídos
gerados por trafego de veículos, comércios noturnos e até maquinário do próprio
edifício são alguns exemplos de fontes urbanas.
Para calcular o nível de ruído interno devido ao ambiente externo, temos a
equação abaixo
𝐿2 = 𝐿1 − 𝑅 + 10 log(𝑆) − 10 log(𝐴) + 10log (4 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜃)
onde
𝐿2 = pressão sonora interna [dB];
𝐿1 = pressão sonora externa, diretamente na fachada exposta, em dB;
𝑅 = índice de atenuação sonora composto da fachada [dB];
𝑆 = área total da fachada em exposição ao som [m²];
𝐴 = área total de absorção sonora da superfície da sala [m²];
𝜃 = ângulo de incidência do som na fachada.
30
4. Acústica de Refrigeração
O tráfego de ar no interior de um ambiente, como uma cômodo de uma
apartamento, por exemplo, ocorre como resultado da diferença de pressão,
provocando escoamentos em todos os pontos desse local em que há aberturas que
permitem a passagem do ar. Para o caso em que a renovação do ar resulta de
aberturas (fixas ou móveis) voluntariamente criadas, como portas, janelas ou
aberturas de ar condicionado, denominamos o processo de Ventilação Natural,
Mecânica ou Híbrida. Neste capítulo trataremos da ventilação natural e mecânica,
apenas.
4.1 Ventilação Natural
Por ser o vento um recurso natural, gratuito e renovável, a ventilação natural tem
sido bastante utilizada e estudada para a formação de uma arquitetura sustentável.
O uso adequado desta fonte traz diversas vantagens para as edificações, mantendo
a qualidade interna do ar pela troca constante do mesmo, criando ambientes
saudáveis e confortáveis e reduzindo os gastos energéticos, principalmente com a
diminuição do uso de ar condicionado, que é um dos principais consumidores de
energia.
As duas técnicas mais utilizadas para o uso da ventilação passiva são a
ventilação cruzada e a ventilação por efeito chaminé. Estas estratégias também
podem ser adotadas conjuntamente em diferentes ambientes de uma mesma
edificação.
A ventilação cruzada usa os efeitos de pressão negativa e positiva que o vento
exerce sobre a edificação ou qualquer outro anteparo. Para uma boa eficiência
dessa ventilação natural é preciso posicionar as aberturas em zonas de pressão
oposta. Essa técnica promove a remoção do calor por acelerar as trocas por
convecção e também contribui para melhoria da sensação térmica das pessoas
presentes por elevar os níveis de evaporação.
31
Figura 4.1 - Ventilação cruzada em um ambiente
Fonte: 150.162.76.139/estrategia/vn/
Figura 4.2 - Ventilação cruzada em uma residência
Fonte: 150.162.76.139/estrategia/vn/
O efeito chaminé consiste no ar mais frio, mais denso, exercer uma pressão
positiva, e o ar mais quente, por ser menos denso, exercer baixa pressão, tendendo
a subir, o que cria correntes de convecção. Por criar essas correntes, essa técnica
funciona também quando não há brisa.
32
Figura 4.3 - Efeito chaminé
Fonte: 150.162.76.139/estrategia/vn/
4.2 Refrigeradores
Para o caso onde a ventilação natural não seja viável ou suficiente, seja por
questões térmicas locais ou pela poluição do ar externo, por exemplo, métodos de
ventilação forçada podem ser utilizados, como ventiladores, assim como trocadores
de calor.
4.3 Atenuação do som por elementos no duto
Câmara Sonora Absorvente
A câmara sonora absorvente, também chamada de pleno, é normalmente
utilizada para suavizar fluxos turbulentos de ar quando este deixa o ventilador e
antes de entrar no sistema de distribuição do edifício. Essas câmaras são
geralmente alinhadas com um material absorvente para reduzir ruídos, como o
ruído do ventilador. O pleno é uma câmara grande e retangular com uma entrada e
uma ou mais saídas. O trabalho originalmente feito por Wells e depois por Beraneck
e Reynolds indica que a perda de transmissão associada com esse equipamento
pode ser expressa por
33
𝐼𝑅𝑆 = −10𝑙𝑜𝑔 {𝑆𝑠𝑎í𝑑𝑎 (𝑄 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜃
4𝜋 ∗ 𝑟²+1 − 𝛼
𝑆 ∗ �̅�)}
onde 𝑆𝑠𝑎í𝑑𝑎 é a área da seção de saída [m²] do pleno, 𝑆 é a área total da superfície
interna [m²] da câmara menos as seções de entrada e saída, 𝑟 é a distância [m]
entre os centros das seções de entrada e saída, e �̅� é o coeficiente de absorção
médio. 𝑄 é o fator de diretividade: 𝑄 = 2 se a seção de entrada está próxima do
centro da superfície em que está localizada e 𝑄 = 4 se esta estrada está localizada
em algum canto onde dois lados do pleno se juntam. 𝜃 é o ângulo do vetor 𝑟 em
relação ao plano horizontal.
𝑟 = √𝑟ℎ2 + 𝑟𝑣2
𝑐𝑜𝑠𝜃 = 𝑟ℎ 𝑟⁄
onde rh e rv são as distâncias horizontal e vertical [m], respectivamente, entre as
seções de entrada e de saída.
Figura 4.4 - Câmara sonora absorvente
Fonte: ASHRAE HANDBOOK, Sound and Vibration Control
A equação acima (IRS) só é válida quando o comprimento de onda do som é
pequeno comparado com as dimensões características do pleno. Para frequências
que correspondem a propagação de ondas planas, a equação geralmente não é
válida. A propagação de ondas planas em dutos acontece nas frequências abaixo
𝑓𝑐0 = {
𝑐0
2𝑎
0,586𝑐0
𝑑
34
onde 𝑐0 é a velocidade do som no ar [m/s], 𝑎 é a maior seção transversal [m] de um
duto retangular e 𝑑 é o diâmetro [m] de um duto circular. 𝑓𝑐0 é a frequência de corte,
acima da qual ondas planas não propagam em um duto. Em frequências menores
que 𝑓𝑐0, essa câmara sonora pode ser tratada como uma câmara de expansão
revestida acusticamente. A equação para o IRS de uma câmara de expansão
revestida acusticamente é
𝐼𝑅𝑆 = 10𝑙𝑜𝑔 {[𝑐𝑜𝑠ℎ (𝜎𝑙
2) +
1
2(𝑚 +
1
𝑚)𝑠𝑖𝑛ℎ (
𝜎𝑙
2)]2
∗ 𝑐𝑜𝑠2 (2𝜋 ∗ 𝑓 ∗ 𝑙
𝑐0)
+ [𝑠𝑖𝑛ℎ (𝜎𝑙
2) +
1
2(𝑚 +
1
𝑚)𝑐𝑜𝑠ℎ (
𝜎𝑙
2)]2
∗ 𝑠𝑖𝑛2 (2𝜋 ∗ 𝑓 ∗ 𝑙
𝑐0)}
onde 𝜎 é a atenuação do som por unidade de comprimento na câmara [dB/m], 𝑙 é o
comprimento horizontal do pleno [m], 𝑓 é a frequência [Hz], e 𝑚 é a razão entre a
área da seção transversal do pleno dividida pela área da seção transversal da
seção de entrada do pleno
𝑚 =𝑆𝑝𝑙
𝑆𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
As equações para 𝜎𝑙 para as frequências de oitavas de 63, 125, 250 e 500 Hz,
respectivamente, são:
𝜎𝑙 =
{
0,00306 ∗ (
𝑃
𝐴)1,959
∗ 𝑡0,917 ∗ 𝑙
0,01323 ∗ (𝑃
𝐴)1,410
∗ 𝑡0,941 ∗ 𝑙
0,06244 ∗ (𝑃
𝐴)0,824
∗ 𝑡1,079 ∗ 𝑙
0,23380 ∗ (𝑃
𝐴)0,500
∗ 𝑡1,087 ∗ 𝑙
onde P/A é o perímetro (P) da seção transversal do pleno [m] dividido pela área (A)
da seção transversal do mesmo [m²], t é a espessura da fibra de vidro [in., 1" = 25
mm] usada para alinhar as superfícies internas do pleno, e l é o comprimento [m] do
pleno. A equação para o IRS acima quase sempre se aplica à frequências iguais ou
superiores a 1000 Hz.
35
Silenciadores
Silenciadores de dutos são normalmente utilizados como meio de atenuar ruídos
indesejados em aquecedores, ventiladores e sistemas de ar condicionado.
Existem dois tipos básicos de silenciadores, segundo a Sociedade Americana de
Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Sistemas de Ar Condicionado
(ASHRAE): ativos e dissipativos.
Os sistemas ativos são bastante novos, muito efetivos na atenuação de ruídos
de baixas frequências de tons puros em um duto. Também são eficientes para
atenuar ruídos de banda larga de baixa frequência. Eles consistem de um
microprocessador, dois microfones colocados à uma distância especifica um do
outro no duto e um alto-falante posicionado entre os microfones, emitindo som para
dentro do duto. Todo o sistema é posicionado fora do duto. O microfone próximo ao
som gerado na tubulação percebe o som, que é processado e o microprocessador
gera um sinal fora de fase com o sinal recebido, sendo este emitido pra dentro do
duto pelo alto-falante. Este sinal gerado interfere com o ruído original, atenuando-o.
O segundo microfone, após o alto-falante, percebe a atenuação e manda um sinal
de realimentação correspondente para o microprocessador. Assim, o alto-falante
pode corrigir o sinal enviado, se necessário.
Figura 4.5 - Silenciador ativo
Fonte: www.appliedsignalprocessing.com/hvacapp.htm
Silenciadores dissipativos são eficientes em atenuar ruídos de banda larga.
Porém, esse sistema introduz uma queda de pressão e ruído regenerado no duto.
Eles podem ter uma seção transversal circular ou retangular. Os silenciadores
retangulares possuem superfícies absorventes paralelas, que normalmente são
superfícies de metal perfurado que cobrem cavidades preenchidas de fibra de vidro
ou lã mineral.
Os que possuem seção circular tem sua composição similar às retangulares,
superfícies de metal perfurado que cobrem cavidades preenchidas de fibra de vidro
36
ou lã mineral, porém com um corpo cilíndrico. Sua casca exterior pode ter uma ou
duas paredes. Nas de uma parede apenas, a casca exterior é feita de uma chapa
de metal cilíndrica com o diâmetro igual ao do silenciador. Para as compostas por
duas paredes, a casca exterior consiste de duas chapas metálicas cilíndricas
concêntricas. O exterior é feito de metal sólido; já o interior, como dito, possui
chapa de metal perfurado. Ambos os silenciadores dissipativos são fabricados com
diferentes configurações de perda de pressão. Esta é função do design do
silenciador e da posição do mesmo no duto.
Os sistemas ativo e dissipativo se complementam. O ativo é mais efetivo nas
faixas de oitavas entre 16 Hz e 250 Hz, enquanto o dissipativo funciona melhor para
faixas entre 63 Hz e 8000 Hz.
Figura 4.6 - Dissipativo retangular
Fonte: www.appliedsignalprocessing.com/hvacapp.htm
Figura 4.7 - Dissipativo circular
Fonte: www.appliedsignalprocessing.com/hvacapp.htm
37
Figura 4.8 - Perda de isolamento por faixas de oitava
Fonte: www.appliedsignalprocessing.com/hvacapp.htm
38
5. Estudo de caso: Eco Cooler
O objeto principal de estudo desse trabalho é o Eco Cooler, um sistema de
arrefecimento 100% ecológico desenvolvido para resfriar ambientes sem consumo
de energia elétrica cujo funcionamento é baseado na redução da temperatura do ar
devido a mudança de pressão.
Esse sistema foi idealizado e testado em Bangladesh, onde as temperaturas
podem ultrapassar 45°C e a maioria da população mora em casas de aço, sem
acesso à energia elétrica.
5.1 O sistema
O sistema de arrefecimento de habitações é de baixo custo e manipula princípios
de conservação de energia relacionados com o escoamento de um fluido (ar
quente) por uma restrição geométrica (bocal). O resultado é uma solução que se diz
conseguir arrefecer uma habitação em 5ºC em poucos minutos. O ar quente entra
na garrafa pet cortada e é comprimido ao passar pelo bocal, expandindo em
seguida e resfriando o ar.
Figura 5.1 – Entrada de ar quente na garrafa e saída do ar arrefecido
Fonte: revolution-green.com/air-conditioner-less-5
Esse equipamento foi construído com materiais recicláveis, de fácil acesso à
população local. Com apenas papelão e garrafas pet é possível construir um Eco
Cooler. A ideia é cortar furos no papelão para encaixar as garrafas e prender o
sistema na janela.
39
Figura 5.2 – Montagem do eco cooler
Fonte: www.webarcondicionado.com.br/eco-cooler-climatizacao-gratuita-sem-energia-e-natural
Figura 5.3 - Eco cooler sendo instalado em Bangladesh
Fonte: www.geek.com/tech/eco-cooler-air-conditioner-cools-a-home-without-using-
electricity-1657343
5.2 Experimento
O experimento foi realizado com o objetivo de estimar o índice de redução
sonora proporcionado pelo eco cooler. É importante frisar que as condições em que
foi feito o ensaio não permitem uma análise exata, apenas uma aproximação. A
eficiência térmica não foi considerada.
Para esse experimento foi construído um eco cooler de papelão duplo, com
dimensões de 60 cm de altura por 60 cm de largura, e garrafas pet de refrigerante
40
de 1,5 L. Foi simulada uma janela com uma abertura em uma porta de madeira. O
experimento foi realizado em um hall, simulando o ambiente a ser resfriado, e uma
sala de aula, com dimensões bem maiores que as do hall, simulando a área
externa. O local utilizado faz parte do LAVI, o Laboratório de Acústica e Vibrações
da UFRJ. A montagem para o ensaio é bastante simples e intuitiva.
Figura 5.4 - Esquema do experimento
Figura 5.5 - Protótipo feito no laboratório
41
Figura 5.6 - Porta utilizada para simular a parede
Com o auxílio de um medidor SoundTrack LxT1, da marca Larson Davis, e uma
fonte de ruído rosa, foram feitas medições para cada uma das três circunstâncias:
1) porta completamente fechada, simulando uma parede sem aberturas;
2) porta com uma abertura, simulando uma janela aberta;
3) porta com o eco cooler instalado.
Todas essas situações foram feitas com exposição ao ruído rosa fora do hall,
simulando ruído externo. Antes disso, uma medição foi feita no ambiente interno
sem a presença do ruído rosa.
42
Figura 5.7 – Ambiente a ser refrigerado e medidor utilizado.
Figura 5.8 – Porta com abertura, simulando janela aberta.
43
Figura 5.9 – Porta com eco cooler instalado
Figura 5.10 – Porta com eco cooler instalado, ambiente interno.
44
5.3 Dados coletados
A primeira medição feita foi para o caso da porta fechada, simulando uma
parede completa, sem aberturas, sem exposição ao ruído rosa.
Tabela 5.1 – Medição sem exposição ao ruído rosa
Faixas de oitavas
Frequência (Hz) 63.0 125 250 500 1000 2000 4000 8000
26,4 33,0 38,7 38,6 37,4 38,7 39,4 40,3
Max 37,4 44,5 48,1 57,7 62,5 62,2 57,8 48,9
Min 24,2 28,4 33,9 33,4 32,7 35,4 38,1 39,7
𝑳𝑨𝒆𝒒 [𝒅𝑩] 44,2
Figura 5.11 - Níveis sonoros medidos sem exposição ao ruído rosa
Depois foi feita uma medição do nível sonoro com porta fechada, sem aberturas,
com exposição ao ruído rosa.
Tabela 5.2 - Medição em ambiente interno fechado com exposição ao ruído rosa
Faixas de oitavas
Frequência (Hz) 63.0 125 250 500 1000 2000 4000 8000
26,2 33,2 45,9 42,4 39,0 40,5 39,3 40,2
Max 34,2 43,2 50,2 47,5 52,2 54,4 51,7 43,0
Min 24,2 28,6 41,8 39,2 36,5 38,1 38,2 39,7
𝑳𝑨𝒆𝒒[𝒅𝑩] 48,7
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
NPS (A)
45
Figura 5.12 - Níveis sonoros medidos em ambiente interno fechado com exposição ao
ruído rosa
Feito isso, o próximo passo foi medir os níveis sonoros com uma abertura na
porta, simulando uma janela aberta, com exposição ao ruído rosa.
Tabela 5.3 - Medição em ambiente interno com simulação de janela aberta e com
exposição ao ruído rosa
Faixas de oitavas
Frequência (Hz) 63.0 125 250 500 1000 2000 4000 8000
26,6 34,3 49,1 50,7 45,5 42,8 39,4 40,2
Max 44,0 61,1 62,2 61,9 61,4 56,8 51,6 42,4
Min 24,2 27,8 45,7 47,1 43,2 40,9 37,5 39,7
𝑳𝑨𝒆𝒒[𝒅𝑩] 54,1
Figura 5.13 - Níveis sonoros em ambiente interno com simulação de janela aberta e com
exposição ao ruído rosa
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
NPS (A)
0
10
20
30
40
50
60
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
NPS (A)
46
Por fim, foi instalado o eco cooler e feita a medição, também com exposição ao
ruído rosa.
Tabela 5.4 - Medição em ambiente interno com eco cooler instalado e com exposição ao
ruído rosa
Faixas de oitavas
Frequência (Hz) 63.0 125 250 500 1000 2000 4000 8000
26,4 32,2 44,6 46,4 40,7 39,5 39,4 40,2
Max 47,6 52,7 58,1 54,6 56,5 58,1 53,4 44,0
Min 24,2 26,7 40,8 41,1 38,2 37,0 38,2 39,7
𝑳𝑨𝒆𝒒[𝒅𝑩] 49,6
Figura 5.14 - Medição em ambiente interno com eco cooler instalado e com exposição ao
ruído rosa
Para realizar os cálculos, alguns dados foram medidos experimentalmente e
outros pesquisados na literatura. A sala utilizada possui dimensões 2,45 x 1,90 x
2,40 [m], o que significa um volume 𝑉 = 11,172 [m³]. A porta possui dimensões 2,10
x 0,82 [m], com espessura de 20 [mm]. O eco cooler foi construído com papelão
duplo de dimensões 0,6 x 0,6 [m] e espessura de 10 [mm], com 36 aberturas de 1
polegada de diâmetro cada (1" = 25.4 mm).
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
NPS (A)
47
Tabela 5.5 – Dados utilizados para cálculos
Drywall
Parede de drywall (S1) 2,838 m²
DENSIDADE PESQUISADA 22 kg/m²
Madeira
Porta inteira (S2) 1,722 m²
DENS CALCULADA 541,413 kg/m³
ESPESSURA 0,02 m
DENS*ESP 932,3132 kg/m²
Porta com abertura
S3 1,362 m²
Papelão
Eco cooler (S4) 0,34 m²
DENS CALCULADA 63,889 kg/m³
ESPESSURA 0,01 m
DENS*ESP 23,00004 kg/m²
Ar
S5 (furos no papelão) 0,02 m²
DENS PESQUISADA 1,2041 kg/m³
ESPESSURA 0,01 m
DENS*ESP 0,012041 kg/m²
𝑰𝑹𝑺𝑨𝑹 0 dB
Onde S é a área superficial do material no experimento.
5.4 Memória de cálculo
O objetivo dos cálculos realizados foi a comparação do IRS composto nos três
casos: parede fechada, parede com “janela aberta” e parede com eco cooler
instalado.
Primeiro foi feito o cálculo isolado do IRS de cada material através da lei da
massa:
𝐼𝑅𝑆 = 20𝑙𝑜𝑔10(𝑓 ∗ 𝑚) − 48 [𝑑𝐵]
48
DRYWALL
Frequência [Hz] 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
𝐼𝑅𝑆𝐷 14,84 20,79 26,81 32,83 38,85 44,87 50,89 56,91
MADEIRA
Frequência [Hz] 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
𝐼𝑅𝑆𝑀 8,68 14,63 20,65 26,67 32,69 38,71 44,73 50,75
PAPELÃO
Frequência [Hz] 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
𝐼𝑅𝑆𝑃 -15,90 -9,95 -3,93 2,09 8,11 14,13 20,15 26,17
Como podemos observar, o cálculo do IRS do papelão não gerou bons
resultados utilizando essa formulação da lei da massa, visto que, para frequências
baixas, o resultado foi uma redução negativa, ou seja, uma amplificação.
O segundo passo foi calcular a transmissibilidade de cada material:
𝜏 = 10−𝐼𝑅𝑆10
DRYWALL
Frequência [Hz] 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
𝐷 0,71 0,62 0,54 0,47 0,41 0,36 0,31 0,27
MADEIRA
Frequência [Hz] 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
𝑀 0,82 0,71 0,62 0,54 0,47 0,41 0,36 0,31
Como o IRS da “janela aberta” é zero, já que não há um obstáculo que reduza a
incidência do ruído, a transmissibilidade dessa região 𝐴𝑅 = 1.
Em seguida, foi feito o cálculo da transmissibilidade composta para cada um dos
casos a seguir:
Caso 1: Parede de drywall com a porta fechada.
𝜏𝑐𝑜𝑚𝑝 =𝜏𝐷𝑆1 + 𝜏𝑀𝑆2𝑆1 + 𝑆2
49
Caso 1
Frequência [Hz] 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
𝑐𝑜𝑚𝑝,1 0,75 0,66 0,57 0,50 0,43 0,38 0,33 0,29
Caso 2: Parede de drywall com a porta simulando janela aberta.
𝜏𝑐𝑜𝑚𝑝 =𝜏𝐷𝑆1 + 𝜏𝑀𝑆3 + 𝜏𝐴𝑅(𝑆4 + 𝑆5)
𝑆1 + 𝑆3 + (𝑆4 + 𝑆5)
Caso 2
Frequência [Hz] 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
𝑐𝑜𝑚𝑝,2 0,77 0,68 0,60 0,53 0,47 0,42 0,38 0,34
Com a transmissibilidade composta, foi calculado o IRS composto para cada
caso previamente citado:
𝐼𝑅𝑆𝑐𝑜𝑚𝑝,𝑖 = 10𝑙𝑜𝑔 (1
𝜏𝑐𝑜𝑚𝑝,𝑖)
Caso 1: Parede de drywall com a porta fechada.
Caso 1
Frequência [Hz] 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
𝐼𝑅𝑆𝑐𝑜𝑚𝑝,1 1,24 1,84 2,44 3,04 3,64 4,24 4,85 5,45
Caso 2: Parede de drywall com a porta simulando janela aberta.
Caso 2
Frequência [Hz] 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
𝐼𝑅𝑆𝑐𝑜𝑚𝑝,2 1,16 1,69 2,22 2,73 3,24 3,74 4,22 4,69
Para calcular o IRS composto do eco cooler (𝐼𝑅𝑆𝑐𝑜𝑚𝑝,𝑒𝑐𝑜) podemos utilizar a
equação a seguir juntamente aos dados obtidos pelo medidor.
𝐼𝑅𝑆 = 𝐿𝑒𝑚𝑖𝑠𝑠𝑜𝑟 − 𝐿𝑟𝑒𝑐𝑒𝑝𝑡𝑜𝑟,𝑖 + 10 log(𝑆) + 10𝑙𝑜𝑔 (𝑇
0,161𝑉)
50
onde o índice 𝑖 se refere ao caso da parede de drywall com a porta simulando
janela aberta sem o eco cooler (𝑖 = 1) e com o eco cooler( 𝑖 = 2).
Podemos, então, calcular
𝐼𝑅𝑆𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 = 𝐿𝑒𝑚𝑖𝑠𝑠𝑜𝑟 − 𝐿𝑟𝑒𝑐𝑒𝑝𝑡𝑜𝑟,1 + 10 log(𝑆) + 10𝑙𝑜𝑔 (𝑇
0,161𝑉)
𝐼𝑅𝑆𝑑𝑒𝑝𝑜𝑖𝑠 = 𝐿𝑒𝑚𝑖𝑠𝑠𝑜𝑟 − 𝐿𝑟𝑒𝑐𝑒𝑝𝑡𝑜𝑟,2 + 10 log(𝑆) + 10𝑙𝑜𝑔 (𝑇
0,161𝑉)
__________________________________________________________________________________
𝐼𝑅𝑆𝑒𝑐𝑜 = 𝐼𝑅𝑆𝑑𝑒𝑝𝑜𝑖𝑠 − 𝐼𝑅𝑆𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 = −𝐿𝑟𝑒𝑐𝑒𝑝𝑡𝑜𝑟,2 + 𝐿𝑟𝑒𝑐𝑒𝑝𝑡𝑜𝑟,1
Frequência [Hz] 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
𝐿𝑟𝑒𝑐𝑒𝑝𝑡𝑜𝑟,2 26,4 32,2 44,6 46,4 40,7 39,5 39,4 40,2
𝐿𝑟𝑒𝑐𝑒𝑝𝑡𝑜𝑟,1 26,6 34,3 49,1 50,7 45,5 42,8 39,4 40,2
∆𝐼𝑅𝑆𝑒𝑐𝑜 0,2 2,1 4,5 4,3 4,8 3,3 0 0
O IRS composto do eco cooler com a parede e a madeira será, então, o valor
calculado do ∆𝐼𝑅𝑆𝑒𝑐𝑜 mais o valor calculado 𝐼𝑅𝑆𝑐𝑜𝑚𝑝,2, referente ao caso da parede
juntamente à porta com “janela aberta”.
𝐼𝑅𝑆𝑐𝑜𝑚𝑝,𝑒𝑐𝑜 = ∆𝐼𝑅𝑆𝑒𝑐𝑜 + 𝐼𝑅𝑆𝑐𝑜𝑚𝑝,2
Frequência [Hz] 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
∆𝐼𝑅𝑆𝑒𝑐𝑜 0,2 2,1 4,5 4,3 4,8 3,3 0 0 𝐼𝑅𝑆𝑐𝑜𝑚𝑝,2 1,16 1,69 2,22 2,73 3,24 3,74 4,22 4,69 𝐼𝑅𝑆𝑐𝑜𝑚𝑝,𝑒𝑐𝑜 1,36 3,79 6,72 7,03 8,04 7,04 4,22 4,69
Por fim, comparamos os resultados
Frequência [Hz] 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
𝐼𝑅𝑆𝑐𝑜𝑚𝑝,1 1,24 1,84 2,44 3,04 3,64 4,24 4,85 5,45 𝐼𝑅𝑆𝑐𝑜𝑚𝑝,2 1,16 1,69 2,22 2,73 3,24 3,74 4,22 4,69
𝐼𝑅𝑆𝑐𝑜𝑚𝑝,𝑒𝑐𝑜 1,36 3,79 6,72 7,03 8,04 7,04 4,22 4,69
51
6. Conclusão
O objetivo deste trabalho foi estudar um dispositivo de resfriamento de ar
baseado nas propriedades de compressão e expansão do ar. O primeiro ponto de
interesse foi a construção do dispositivo com materiais recicláveis, reduzindo o
custo de fabricação do sistema. Outro ponto foi tentar caracterizar acusticamente o
produto sabendo de previamente que suas propriedades isolantes acústicas não
deveriam ser muito boas, o que foi verificado nos ensaios realizados. Mesmo assim,
foi uma oportunidade de se familiar com este sistema de refrigeração e verificar
quais são as formas de aplicação desse dispositivo.
Para trabalhos futuros seria interessante um estudo sobre a real capacidade de
resfriamento do eco cooler. Com isso, verificar a possibilidade de criar outros
dispositivos baseados no mesmo princípio.
Depois de testada sua eficiência, caso comprovada, um estudo sobre outras
utilidades para esse sistema, como o uso em pontos de ônibus, utilizando a
ventilação gerada pelo movimento dos veículos nas ruas.
52
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natural/
riorenovavel.com/efficient-design/ventilation-airflow
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