ACÚSTICA BIOCLIMATICA: ESTUDO DE CASO DE...

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.


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


Fevereiro/2017


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


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

https://pt.wikipedia.org/wiki/Res%C3%ADduo

https://pt.wikipedia.org/wiki/Audi%C3%A7%C3%A3o

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


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


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


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


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


Figura 4.7 - Dissipativo circular


37

Figura 4.8 - Perda de isolamento por faixas de oitava


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


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


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


Ar

S5 (furos no papelão) 0,02 m²

DENS PESQUISADA 1,2041 kg/m³

ESPESSURA 0,01 m


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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http://sustentarqui.com.br/dicas/importancia-da-ventilacao-natural-para-arquitetura-sustentavel/

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ACÚSTICA BIOCLIMATICA: ESTUDO DE CASO DE...

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