Estimativa de Potência Sonora de Equipamentos de Navios de...

Estimativa de Potência Sonora de Equipamentos de Navios de

PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO D

NAVAL E OCEÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA D

COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PA

NAVAL E OCEÂNICO.


Apoio Offshore

William Carlos Guimarães de Freitas

SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE ENGENHARIA

ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JA

SITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO


NGENHARIA

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

U DE ENGENHEIRO

Examinado por:

___________________________________________________

Luiz Antonio Vaz Pinto, D.Sc., COPPE/UFRJ

(Orientador)

___________________________________________________

Ulisses A. Monteiro, D.Sc., COPPE/UFRJ

___________________________________________________

Juan P. Vargas M. Bueno, M.Sc., COPPE/UFRJ

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

Agosto de 2014

DEDICATÓRIA

Dedico esse trabalho a família e amigos que me apoiaram nos bons enão tao bons momentos

ao longo desses anos de estudo e muito trabalho.

AGRADECIMENTOS

Gostaria de agradecer a todos os professores que tive na faculdade que de uma

forma ou de outra ajudaram a moldar a pessoa e o futuro engenheiro que começa a

nascer desde a entrada na faculdade até esse momento final.

Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte dos

requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Naval e Oceânico.


Apoio Offshore

William Carlos Guimarães de Freitas

Julho/2014

Orientador: Luiz Antonio Vaz Pinto

Curso: Engenharia Naval e Oceânica

Resumo

Navios de Apoios a Plataformas de Petróleo possuem grande potência instalada

relativamente às suas dimensões quando comparados a navios mercantes de maior

porte. Para esse tipo de embarcação ruído e vibração são muito relevantes e devem

ser analisados na fase de projeto da embarcação. Este projeto trata do problema do

ruído nesses navios. Pretende-se estimar a potência sonora de máquinas ruidosas e,

desta forma, melhorar a precisão de modelos de predição de ruído.

Em geral, a potência sonora das máquinas varia com seu peso, potência,

rotação, vazão, entre outros parâmetros. Neste projeto serão pesquisadas diferentes

estimativas para potência sonora de motores, compressores, bombas, ventiladores,

thrusters, dentre outras fontes sonoras presentes em praça de máquinas de navios de

apoio. Uma vez implementados os cálculos em software de predição, na sequência

serão comparados resultados de medição de ruído em navios reais com valores

estimados pelo software.

Atualmente uma das dificuldades para a precisão de modelos de predição de

ruído é a falta de informação de potência sonora de equipamentos. A pesquisa

pretende contribuir para a melhoria da precisão na predição acústica de navios.

Palavras-chave: Ruído, Modelos Numéricos, Navios, Potência Sonora.

Sumário

1. Introdução ......................................................................................................................... - 5 -

2. Objetivo ............................................................................................................................. - 9 -

3. Motivação ........................................................................................................................ - 10 -

4. Fundamentos teóricos .................................................................................................... - 12 -

4.1. Sistema auditivo e saúde.............................................................................................. - 12 -

4.2. Ruído ....................................................................................................................... - 14 -

4.3. Pressão Sonora x Potencia Sonora .......................................................................... - 17 -

4.4. Decibel ..................................................................................................................... - 18 -

4.5. Fontes de Ruído ....................................................................................................... - 19 -

4.6. Equipamentos ruidosos ........................................................................................... - 19 -

4.7. Ruídos no interior de um navio em operação ......................................................... - 22 -

4.8. Potência Sonora ...................................................................................................... - 23 -

4.8.1. Motor Estacionário .......................................................................................... - 24 -

4.8.2. Motor elétrico ................................................................................................. - 29 -

4.8.3. Gerador elétrico .............................................................................................. - 30 -

4.8.4. Compressores .................................................................................................. - 30 -

5. Metodologia .................................................................................................................... - 33 -

6. Estudo de Caso ................................................................................................................ - 35 -

6.1. Obtenção de dados para comparação .................................................................... - 35 -

6.1.1. Locais de medição ........................................................................................... - 36 -

6.1.2. Condições de medição .................................................................................... - 36 -

6.1.3. Equipamento utilizado .................................................................................... - 36 -

6.1.4. Resultado das medições .................................................................................. - 37 -

6.2. Comparação e Validação ......................................................................................... - 40 -

7. Apresentação da planilha ................................................................................................ - 42 -

8. Análise de resultados ...................................................................................................... - 48 -

9. Conclusão ........................................................................................................................ - 57 -

10. Referências Bibliográfica ............................................................................................. - 58 -

1. Introdução

Nos últimos anos vemos um forte crescimento na indústria naval brasileira.

Vários estaleiros construídos, dezenas de navios encomendados e mais um grande

numero esperados para os próximos anos.

Devido às políticas governamentais a indústria naval tem andado a passos

largos nos últimos anos. Com a política de fortalecimento e crescimento da Petrobras e

a descoberta do pré-sal, a produção de petróleo no Brasil já se caracteriza como uma

das maiores fontes de desenvolvimento do país, ela carrega junto: indústrias de refino,

produção de derivados e a indústria de construção naval.

Outra política importante adotada nos últimos anos tem sido a do conteúdo

nacional. Tal política exige que para o repasse de verbas e financiamento do BNDES e

fundo de marinha mercante, certa porcentagem da construção de navios e compra de

equipamentos seja feito em empresas brasileiras. Dessa maneira “forçando”

armadores a construir no Brasil. Para se beneficiarem de tais créditos.

Como já foi citada, a descoberta do pré-sal foi também um grande incentivador.

Há poucos meses a primeira fatia do pré-sal foi leiloada e uma das exigências é o

desenvolvimento e o inicio da produção no local. Para o cumprimento de tal exigência

será necessário a utilização de grande quantidade de embarcações de apoio e muitas

dessas necessitando encaixar-se no que vem sendo chamada de nova geração de

PSV’s. São PSV’s maiores, com maiores capacidades de carga e maior autonomia, tudo

devido a grande distancia da costa. Outros tipos de navios também serão necessários,

como aliviadores ou floteis. E a expectativa é que a maioria desses navios sejam

construídos no Brasil.

É possível perceber que esse crescimento da indústria não se trata de um ponto

fora da curva, e que a expectativa é que a indústria continue sim em crescimento.

Com este crescente numero de embarcações em serviço, é possível perceber

também, um crescente número de pessoas trabalhando embarcadas e passando dias

trabalhando em condições extremas. Um homem que passe algumas horas

trabalhando dentro de uma praça de máquinas onde podem existir geradores,

motores, bombas, compressores e ainda outros equipamentos, todos funcionando ao

mesmo tempo e gerando ruído, pode acabar com diversos problemas, desde os

menores como estresse e baixa produtividade até problemas maiores e muitas vezes

irreversíveis, como surdez.

Como já foi mencionado, o trabalho em uma praça de maquinas pode ser

considerado extremo, porem não é só a praça de maquinas de um navio que é ruidosa.

Motores como os de guinchos de convés podem gerar ruído, bombas na

superestrutura, molinetes, geradores de emergência, thrusters, equipamentos da

gaiuta, além da estrutura do navio que também gera ruído. Dessa maneira vemos que

o navio todo é um grande gerador de ruídos e mais a frente entenderemos como é

gerado todo esse ruído. Já no caso de PSV, esse problema torna-se ainda mais

relevante, já que tais navios possuem uma potência instalada muito grande

relativamente às suas dimensões e para esse tipo de embarcação o ruído e a vibração

tornam-se muito relevantes.

Órgãos reguladores e toda a sociedade têm ficado cada vez mais conscientes

sobre os elementos da acústica como importantes componentes de bem estar e

conforto no ambiente de trabalho.

Todo esse ruído é extremamente prejudicial à saúde, e pensando nisso muitas

regras já foram criadas, tanto no SOLAS quanto por sociedades classificadoras. O

SOLAS determina a utilização de equipamentos de proteção individuais, os EPI’s, é

possivel ver na figura 1.1, a determinação do SOLAS neste sentido.

Já as Sociedades classificadoras, determinam os níveis mínimos de ruídos para

cada compartimento e ambiente da embarcação. É possivel ver na figura 1.2, a tabela

da sociedade classificadora norueguesa, DNV, onde são determinados valores mínimos

para o ruído. Esses são valores considerados confortáveis, levando-se em conta o tipo

de atividade realizada em cada local e o tempo de utilização de cada ambiente. De

acordo com esses valores são definidas as áreas onde a utilização de EPI é obrigatória

ou não.

Figura 1.1 – Determinação do SOLAS em relação à utilização de EPI para proteção a ruído

Tabela 1.1 – Valores mínimos de ruído, DNV e IMO

Esses valores são testados em prova de mar e caso não sejam alcançados este

navio não recebe a sua classificação, ficando assim impedido de operar.

Ainda existem outras regras e determinações a esse respeito, como por

exemplo, a NR 30 – SEGURANÇA E SAÚDE NO TRABALHO AQUAVIÁRIO ANEXO II

PLATAFORMAS E INSTALAÇÕES DE APOIO, da justiça do trabalho. Um dos pontos da

NR pode ser visto na figura 3 e refere-se ao ruído a bordo.

Figura 1.2 – Regra do ministério do trabalho

Chegamos então a um grande problema. Seria um prejuízo muito grande um

navio que após sua construção, se vê na situação de estar reprovado nos critérios de

ruído. Seria necessário um novo projeto para diminuição do ruído, mais tempo para

alterações, perda de tempo de operação, multas associadas à operação, além da

necessidade da inclusão de novos elementos na embarcação, aumentando seu peso,

influenciando seu centro de gravidade, estabilidade, carga, autonomia.

Hoje tal problema é tratado ainda em fase de projeto. Programas de modelação

podem predizer o nível de ruído, dessa maneira evitando futuras surpresas. O

laboratório da COPPE-UFRJ, LEDAV, desenvolve hoje o software AR3. Este software

será mais comentado no decorrer do relatório, mas de maneira resumida, é possível

fazer uma modelação de estrutura e equipamentos, forração dos compartimentos e

predizer níveis de ruído em cada compartimento da embarcação. Trata-se de um

grande avanço em nível de projeto, evitando futuros retrabalhos.

2. Objetivo

Neste trabalho analisaremos meios de estimar o nível de potencia sonoro em

equipamentos. Dessa maneira será possível melhorar a precisão em modelos e

softwares de predição de ruído.

Será desenvolvida uma planilha em Excel capaz de estimar valores de potência

sonora de equipamentos. Tais valores serão comparados com equipamentos reais que

já tenham sido medidos ou testados pelo laboratório LEDAV.

Para tal fim dividiremos esta monografia de maneira a uma melhor

compreensão do problema, faremos um resumo teórico de maneira a fundamentar

nosso projeto e raciocínio, definiremos uma melhor metodologia para alcançar nosso

resultado. Nesse momento será desenvolvido um programa em Excel que será capaz

de estimar a potência sonora em motores estacionários, motores elétricos, geradores

e compressores em função de suas características. A partir deste ponto será possível

realizar comparações com equipamentos reais já testados e validar nosso programa.

A validação será de extrema importância. Esta validação nos permitira possuir a

confiança em nossos resultados de maneira a torna-lo útil para próximos trabalhos,

tanto acadêmicos quanto de cunho profissional. Após essa comparação e validação

seremos capazes de concluir o relatório com um resultado concreto e possíveis

incertezas relacionadas aos cálculos.

3. Motivação

Nos últimos anos diversos trabalhos vêm sendo desenvolvidos visando a

predição de potência sonora de varias maquinas e equipamentos. A potência sonora é

uma propriedade fundamental de qualquer fonte de ruído, independente do local

onde esteja funcionando. A potência sonora é, portanto a característica mais

importante na avaliação do nível de ruído de um equipamento ou máquina e permite

calcular o nível de pressão sonora a determinada distancia e em determinado

ambiente.

Para determinação de estimativas de níveis de pressão sonora e, por

conseguinte, níveis de desconforto, é preciso conhecer os níveis de potencia sonora

das fontes em estudo.

Em um caso ideal, níveis de potência sonora deveriam constar em manuais de

cada equipamento, mas esta é uma pratica inexistente hoje em dia. Fabricantes não

disponibilizam tais valores. Como já foi citado, a sua caracterização requer

instrumentação e pessoal especifico que não são facilmente encontrados.

O fato é que, na abordagem de uma grande quantidade de problemas o

conhecimento dos valores de potência sonora é muito importante.

Hoje não existem procedimentos teóricos que nos permitam identificar a

potência sonora de qualquer maquina, porém, métodos baseados em dados empíricos

podem nos ajudar na estimativa desse dado para algumas maquinas e equipamentos

mais utilizados na indústria.

Hoje, a predição de ruído é realizada pelo programa AR3. Como já foi

mencionado, nesse software é possível fazer uma modelação detalhada dos

compartimentos da embarcação, sua estrutura, definir fontes de ruídos, barreiras para

o ruído, forração interna de compartimentos entre outros detalhes, dessa maneira é

possível predizer a propagação de ruído por toda a embarcação.

O grande problema é o já citado, da dificuldade de obtenção da potência

sonora de equipamentos. Hoje tais dados são obtidos a partir da medição da pressão

sonora dos equipamentos a bordo. A partir de tal medida é possível realizar a

transformação de pressão sonora para potência sonora matematicamente, tal formula

será mostrada mais adiante.

Tal medida é retirada bem próxima do equipamento, de maneira que o fator

relativo a distancia da fonte possa ser ignorado. Em uma medição realizada a 1 metro

da fonte esse fator acaba sumindo da formula. Dessa maneira a formula passa a

depender apenas da pressão sonora medida e de constantes relativas ao

compartimento da medição.

Os resultados que vem sendo obtidos são bons, porém com alguns problemas

que diminuem e muito a utilização do programa. Em primeiro lugar, fica mais difícil sua

utilização ainda em fase de projeto. Nessa fase ainda não possuímos os equipamentos

e dessa maneira não é possível realizar as medições. Outro problema é que diversos

fatores do ambiente podem acabar alterando tais resultados. De maneira aproximada

pode até estar correto e gerar bons resultados, porém tal método pode gerar

pequenos desvios e variações de resultado.

Vemos então neste trabalho uma grande importância no desenvolvimento

tecnológico. Hoje empresas de projeto utilizam softwares desenvolvidos fora do Brasil

para este fim, com uma maior precisão e confiança em nossos resultados é possível

fortalecer ainda mais a indústria e a pesquisa brasileira.

4. Fundamentos teóricos

O som é a sensação produzida no sistema auditivo e ruído é um som sem

harmonia, em geral com conotação negativa. Porém nessa definição temos um

julgamento de ruído negativo e indesejado, mas o que é indesejado? Muitas vezes pelo

ruído de um equipamento é possível saber se seu funcionamento está normal ou não.

É possível também a partir do ruído saber que determinado equipamento está em

funcionamento evitando o contato e possíveis queimaduras ou ferimentos.

Nesse capitulo entenderemos melhor o que é som, sua influencia no homem e

o que gera o ruído nas maquinas.

4.1. Sistema auditivo e saúde

O ouvido humano é o mais sofisticado sensor para recepção de som. Nesta

parte do relatório vamos entender melhor seu funcionamento e a influencia do som na

saúde desse sistema.

O ouvido humano é um aparelho bastante complexo, sensível e delicado. Ele

permite receber, reconhecer e interpretar o som e até hoje o seu funcionamento não é

completamente conhecido.

O ouvido é dividido em três grandes partes: Ouvido externo, médio e interno.

O ouvido externo é a porção exterior do ouvido, que capta o som e transmite

por um canal ao ouvido médio.

O ouvido médio atua como um amplificador sonoro, aumentando a vibração do

tímpano, através de sua ligação com três ossos: Martelo, Bigorna e Estribo. No ouvido

médio existem também mecanismos de proteção do sistema auditivo.

Os movimentos de vibração do tímpano e dos ossos do ouvido médio são

transmitidos ao cérebro por nervos e a cóclea é a parte responsável por colher essas

informações. Tem a forma de uma espiral cônica e faz parte do ouvido interno.

Figura 4.1 - Corte da cóclea (Georges, 2000)

As ondas sonoras percorrem nosso ouvido externo até chegarem ao tímpano,

provocando vibração. Essa vibração é transferida para os três ossos do ouvido médio,

que funcionam como amplificadores. Essas vibrações geram ondas de pressão que

chagam até a cóclea fazendo suas finas paredes vibrar. A vibração das membranas

Tectária e Basal, apresentadas na figura a cima, estimulam a produção de sinais

elétricos, enviados para o cérebro.

O problema do ruído já é percebido e levado em consideração em âmbito

mundial devido suas consequências. O excesso de barulho origina em primeiro lugar

perda de audição e acuidade auditiva, em segundo lugar origina efeitos colaterais não

auditivos que geram prejuízo à saúde de quem trabalha em ambientes com excesso de

barulho, ou poluição sonora, que vão desde eventuais dores de cabeça a stress e mal

estar.

De maneira bem resumida, a exposição a um nível sonoro muito elevado leva a

um envio a cóclea de um valor muito elevado de pressão sonora, com isso, tecidos

filamentares ou ciliares de Corti são prejudicados, causando danos irreversíveis à

audição.

Tal problema é apresentado aqui de maneira muito superficial, por não ser a

matéria de estudo desse relatório, trabalhos como o de Robinson e Burns se

aprofundam no assunto e podem ser objeto de pesquisa no caso de maior interesse.

Outros problemas que a exposição a altos níveis sonoros pode causar são:

aparecimento de calos, inflamação, distúrbios digestivos, problemas de visão,

distúrbios gástricos e cardíacos além de alterações hormonais que podem influenciar

de diversas maneiras. Tais problemas podem varias de pessoa para pessoa e pelas

faixas espectrais do ruído.

4.2. Ruído

Na prática, a geração de ruído é causada pela variação da pressão ou

velocidade das moléculas do meio. O som é uma forma de energia transmitida pela

colisão das moléculas do meio, umas contra as outras sucessivamente, isto é, o som é

a compressão e rarefação das moléculas do meio em que se propaga a partir de uma

fonte. É preciso ficar claro que durante a propagação do som não existe transferência

de matéria, apenas de energia. É como o caso de uma rolha deixada em um tanque de

ondas, ao passar uma onda, a rolha movimenta-se apenas para cima e para baixo em

quando as ondas propagam-se na superfície.

A taxa de ocorrência de uma variação de pressão completa é chamada de

frequência e representada por Hertz (Hz). O ouvido humano é capaz de perceber sons

na faixa de 20Hz a 20.000Hz. A amplitude é a magnitude da flutuação de pressão em

relação ao meio estatico.

Figura 4.2 – Simulação da compressão e rarefação do ar

A flutuação que resulta no movimento das moléculas de ar, tem a forma de

harmônicos ou senoidal, onde a amplitude retrata a pressão. Quanto maior a

amplitude do movimento maior a pressão e desta forma maior a sensibilidade

humana. O ruído torna-se então mais alto.

Representamos um tom da seguinte maneira:

Figura 4.3 – Representação senoidal da flutuação das moléculas do ar

Onde é possível ver a amplitude por tempo, trata-se de uma representação da

movimentação da onda no tempo, isto é, a movimentação da energia sonora. Neste

gráfico vemos um tom puro, como uma nota musical. Um tom puro consiste em uma

onda de apenas uma frequência. Sons desse tipo são relativamente raros de se

encontrar na natureza, porém saber o que é um tom puro é de extrema importância,

já que qualquer som pode ser visto como uma mistura de tons puros.

Muitos outros sons são compostos de uma infinita mistura de inseparáveis

componentes, que se combinam para formar uma onda que não se repete e é

imprevisível. Essas ondas não se separam em componentes individuais, podem apenas

ser divididas em bandas de energia.

No gráfico abaixo temos um espectro de amplitude por frequência. Trata-se da

mistura de diversos tons em diversas frequências.

Figura 4.4 – Espectro sonoro

Isto é, em um ambiente com diversas fontes sonoras cada um gerando sons de

vários tons diferentes, é possível perceber a energia sonora em um range de

frequência. Percebemos que a energia é maior em determinados valores de frequência

e menores em outros.

O ouvido humano percebe sons em um rage de frequência que varia de 20Hz à

16000Hz. Para determinadas análise é importante conhecer todo esse rage, o que é

chamado de fullspectrum analise. Para facilitar esse estudo, dividimos o espectro em

rages menores, chamados de bandas de oitava (Octavesbands). Essas bandas de oitava

são divididas de maneira que a maior frequência na banda é duas vezes maior do que a

menor e a banda é definida pela frequência central, calculada como:

��

Trata-se de uma boa representação de bandas de energia e adequada para os

mais diversos fins. As bandas de oitava padrão encontram-se centradas entre 1000Hz,

assim as bandas de oitava padrão são: 63Hz, 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1000Hz, 2000Hz,

4000 Hz, 8000 Hz.

O som medido em uma banda de oitava é a soma logarítima do nível de som

em cada frequência.

4.3. Pressão Sonora x Potencia Sonora

Em acústica a energia sonora é normalmente representada de duas maneiras:

-Pressão Sonora

-Potência Sonora

A pressão sonora é perturbação na atmosfera gerada por uma fonte sonora. É a

melhor maneira de representar a resposta humana ao som. Ela depende tanto da

distancia da fonte ao receptor quanto do ambiente e pode ser medida diretamente

por microfones.

A potência sonora descreve a energia emitida pelo som de algum equipamento

ou fonte sonora. Ela é assim uma característica de um determinado equipamento. Não

é afetada pelo ambiente e não é de fácil medição.

Por exemplo, se o nível de pressão sonora de uma maquina for medido em um

ambiente industrial e depois medido novamente em um ambiente aberto, esse valor

pode se alterar bastante, porém a potência sonora mantém a mesma. O ambiente em

que se encontra exerce influencia na pressão sonora por meio de absorções e

reflexões, porém no caso da potencia sonora apenas o equipamento influencia no

valor.

Um conjunto de pressões sonoras pode ser utilizado para a medição da

potencia sonora de determinada fonte, porem tal calculo dependerá de certas

variáveis tais como direção, distancia da fonte, características ambientais e a área em

que a medida ocorre. A formula para transformar pressão em potencia sonora pode

varias dependendo da situação. É chamada de técnica de dois microfones.

Outro método para a determinação da potencia sonora é chamado de câmara

anecóica e câmara reverberante.

Conhecer a potência sonora de um equipamento é importante, já que a partir

dela podemos calcular a pressão sonora em qualquer lugar, conhecendo-se tamanho,

forma e absorção do mesmo.

Ambas são importantes, cada uma com a sua especificidade. É possivel

expressar as duas medidas em Decibel, mas do que se trata o Decibel?

4.4. Decibel

O Bel é uma unidade de razão, isto é, uma unidade de comparação

entre valores. Foi criada por engenheiro do Bell Labs para quantificar a redução no

nível acústico sobre um cabo telefônico padrão com uma milha de comprimento.

Originalmente foi chamado de unidade de transmissão, mas foi renomeado entre 1923

e 1924 em homenagem ao fundador do laboratório Alexander Graham Bell.

Para entender melhor o Decibel, precisamos compreender como é percebido o

som. O som compreende um amplo rage de volumes e níveis audíveis. Por exemplo, a

1000Hz a intensidade acústica que é capaz de causar sensação de dor é 10^14 vezes

maior do que a intensidade capaz de causar sensação de audição. É visível a

dificuldade em expressar números de uma ordem de grandeza tão grande em uma

escala linear e por isso utilizamos uma escala logarítima, de maneira a facilitar este

entendimento e essa visão.

Dessa maneira um valor de divisão adequado seria log10, a esse valor damos o

nome de Bel. Dessa forma temos que log10 = 1 Bel, Log100 = 2 Bel e ai por diante. No

entanto o Bel é um valor de escala muito grande, e dessa maneira utilizamos o Decibel

(dB) para a representação de energia sonora, onde um Bel é igual a 10 Decibéis.

No caso a cima citado, temos que a diferença entre a sensação de dor e a

sensação de audição em 1000Hz é de 10^14 vezes, isto é log10^14 = 140dB. O que

representa um valor mais “agradável”.

Então agora é possível entender e estudar melhor o Decibel. Um Decibel

corresponde a 10^0,1 = 1,26. Temos então que o aumento de 1dB resulta numa

variação de intensidade de 1,26 vezes. Uma mudança de 3dB corresponde a 10^0,3 =

2. Logo um acréscimo de 3dB resulta no dobro de potencia sonora.

A medida do som é feita em Decibel, representado por:

�� 10 � ��

� �� (1)

Esse valor base varia para potencia e pressão sonora, levando as formulas:

�� 10 � ��ê�� !"#

10$�%"� (2)

Onde:

Lw – Potência Sonora

�& � 20 � ��ã� !��#

20�� (3)

Onde:

Lp – Pressão Sonora

4.5. Fontes de Ruído

A partir do que já foi abordado neste trabalho, é possível perceber que diversos

elementos, da natureza ou não, podem ser considerados fontes de ruído. Neste

trabalho estudaremos o ruído produzidos por equipamentos mecânicos,

principalmente aqueles utilizados na em praças de maquinas de navios.

4.6. Equipamentos ruidosos

O ruído pode ser classificado de varias maneiras: contínuo, intermitente e de

impacto.

Ruído contínuo é aquele que permanece estacionário, variando em +-3dB

enquanto é percebido, intermitente é aquele com duração menor que 15 minutos e

pode variar em +-30dB no nível ambiente. Já o de impacto é um ruído de menos de

10ms e pode ser muito prejudicial.

É possível classificar também a origem do ruído, que pode ser mecânica,

aerodinâmica, hidrodinâmica, explosões e eletromagnética.

Pelo que já foi mencionado neste relatório, tanto em sua introdução como em

seu objetivo, daremos maior atenção ao ruído mecânico, causado por equipamentos a

bordo.

Pelo que já sabemos, o som é originado do movimento vibratório de um corpo

e acoplando os movimentos mecânicos de vibração do corpo com o ar da origem ao

movimento vibratório das moléculas de ar, que chegando ao nosso ouvido da à

sensação de da audição. Podemos dizer que sem o movimento de vibração mecânica

esse som não seria produzido.

O ruído em um navio é originado da vibração mecânica de equipamentos em

geral, que funcionam dentro de um navio, de sua influencia na estrutura e toda a

interação com moveis e outros objetos ou outros equipamentos em seu interior.

Como já foi dito, via de regra, o som é produzido pela movimentação ou

vibração de peças e equipamentos, que acoplados ao ar produzem o som, chamado de

ruído, devido a sua indesejabilidade. É possível exemplificar a partir da analise de um

equipamento qualquer acionado por um motor elétrico, que ao gerar movimento e

vibração irá excitar chapas, coberturas. Tais vibrações são produzidas pelo motor ou

outras partes móveis, que mesmo balanceadas, apresentam certo nível de

desbalanceamento residual que origina vibração. O motor acionará engrenagens ou

rolamentos, onde cada um produzirá também vibrações. Podemos considerar também

a fricção gerada em diversos elementos.

Além disto, motores elétricos também geram ruídos magnéticos, originado

pelas forças magnéticas que atuam no estator e no rotor e ruídos aerodinâmicos

causados pelo fluxo turbulento e vórtices de líquidos de fluidos de resfriamento, sendo

produzidos pelas pás do rotor, vemos então a importância da rotação deste rotor.

Bombas são equipamentos muito utilizados em embarcações de apoio. Todo o

transporte de carga, líquidos ou até ar é feito por meio de bombas, são sistemas de

movimentação de fluidos.

No caso das bombas a geração de ruído acontece de três maneiras:

- Ruído aerodinâmico, causado em locais de fluxo turbulento e geração de vórtices.

- Ruído causado pela passagem das pás próximo a elementos fixos. É mais concentrado

na frequência de passagem e seus harmônicos.

- ruído mecânico, causado pela vibração de componentes estruturais e das pás.

Para um valor de ruído mínimo é importante que a bomba funcione e seu

ponto de eficiência máxima, ponto esse onde além de um nível de ruído menor, o

consumo também é mínimo.

No caso de compressores, trata-se de um equipamento composto por uma

parte fixa e uma parte rotativa e são destinados a aumentar a pressão dos fluidos.

As fontes principais de ruídos em compressores centrífugos ou axiais são:

- Turbulência de fluxo devido à passagem do fluido.

- Separação do fluido, gerada pela interação com as pás ou com partes fixas.

- Fluxo não estacionário nas pás, o que gera um ruído na frequência de rotação das pás

e em seus harmônicos.

Podemos considerar para motores estacionários uma fonte de ruído próxima as

fontes mecânicas de motores elétricos. Porém no caso de motores estacionários

precisamos considerar o ruído na exaustão de gases e na admissão de combustível.

Nesses pontos efeitos de turbulência e vórtices são grandes causadores de ruído.

As explosões internas do motor, a movimentação dos pistões, todas as

engrenagens a movimentação de fluidos internamente, como combustível, gases,

líquidos de resfriamento devem ser levadas em consideração.

Para motores desse tipo diversos outros detalhes devem ser levados em

consideração. Silenciadores em dutos de entrada que podem ser colocados.

Silenciadores em dutos de exaustão, que hoje em dia são praticamente de uso

obrigatório. Temos também turbos compressores.

Motores estacionários possuem hoje diversos elementos que devem ser

levados em consideração na hora de pensar em sua geração de ruído.

Figura 4.5 – Propagação de ruído (Cyril, 1991)

Na figura a cima é possível ver a influencia da instalação e de elementos de

atenuação de ruído. Na figura do lado esquerdo notamos que ao instalar a bomba

encostada à estrutura a vibração se propaga e aumenta, gerando assim mais ruído.

Elementos como conectores para junção de tubos ou sapatas podem também diminuir

bastante o nível de ruído.

4.7. Ruídos no interior de um navio em operação

Dentro de um navio em operação existem três tipos de ruído de que

precisamos nos importar: Estrutural, aéreo e HVAC.

Ruído aéreo é aquele que visa estimar o nível de ruído de um compartimento

gerado por fontes de ruído internas e externas, baseando-se nas distancia das fontes

ao ponto de medição e obstáculos encontrados.

Temos também o ruído gerado por HVAV. HVAC significa “heat, ventilation

anda ir conditionair”, ou aquecimento, ventilação e ar condicionado. Para essa parcela,

levamos em conta as fontes emissoras e os meios de propagação. Para as fontes

emissoras, temos como principais representantes ventiladores e compressores. Os

meios de propagação são os dutos que chegam aos receptores. Esse ruído dependerá

de tamanho, curvas e formato dos mesmos.

Por ultimo temos o ruído estrutural. Trata-se do ruído que se propaga pela

estrutura do navio. Podem ser gerado pela vibração de equipamentos ou até mesmo

pela interação do navio no ambiente, ondas, corrente e vento. Existem três fatores

que devem ser considerados na análise do ruído estrutural:

Interação entre equipamentos e a estrutura. Equipamentos transmitem

vibração para suas bases, e essas para a estrutura do navio.

Transmissão da energia vibracional através da estrutura metálica. Toda

vibração gerada, desde ambiental, equipamentos ou até choques geram vibração que

é propagada pela estrutura gerando ruído.

A interação entre estruturas vibrantes e o ambiente. Do mesmo jeito que o

ambiente causa vibrações na estrutura, ele também funciona como amortecedores,

dissipando também essa energia vibratória.

Figura 4.6 – Propagação do ruído em uma praça de maquinas

4.8. Potência Sonora

Uma das maneiras de chegar ao valor de potência sonora de um equipamento é a

partir da medição de pressão sonora e a sua conversão para potencia sonora a partir da

equação a seguir:

�& � �� ) 10 � log!-

4 � &� � �% )4/

# (4)

Onde:

Lp = Pressão Sonora

Lw = Potência Sonora

r = distancia da fonte

Q = constante relativa à posição do equipamento em função do ambiente ao seu

redor, como é possivel constatar na imagem abaixo:

R = constante relativa ao local do equipamento

Figura 4.6 – Constante Q

Neste trabalho utilizaremos formulações empíricas para a realização de tal

cálculo, neste ponto apresentaremos as equações envolvidas neste cálculo.

A partir dessas formulas é possível utilizam tabelas de atenuações e correções

para a definição de bandas de oitava.

Nesse subcapitulo apresentaremos todas as formulas utilizadas alem das

tabelas para correção. Todas as formulações que são utilizadas na planilha serão

apresentadas

4.8.1. Motor Estacionário

O motor estacionário foi dividido em três partes geradoras de ruído. Após os

cálculos para cada parte em separado, esses valores foram unidos, gerando o

resultado final para a potência sonora em bandas de oitava. Para tal operação foi

necessário conhecermos formulações para soma e subtração de potência sonora, isto

é, soma e subtração de decibéis.

Decibel é uma escala logarítmica, logo potencia sonora não pode ser somada

diretamente. Por exemplo, se temos duas fontes de 100dB, não podemos dizer que a

soma é 200dB. Para fazer esse cálculo é preciso transformar decibel e watt, e a partir

dai é possível realizar a soma diretamente. Depois de realizada a soma é possível voltar

novamente para o decibel. Como é possível ver no exemplo abaixo.

Utilizando o caso já mencionado de duas fontes de 100dB, é possível então

transformar 100dB para Watt, realizada a conversão teremos 0,01Watt agora sim

podemos somar, teríamos então um total de 0,02Watt que convertendo novamente

para decibel chegamos a 103dB.

Para facilitar esse calculo, o livro “NoiseControl in Industry” um livro de co-

autoria de 14 autores e edição final de J. D. Webb propõe uma tabela de maneira a

facilitar esse calculo.

Tabela 4.1 – Tabela para adição de decebéis

Nesta tabela temos na coluna da direita a diferença entre os valores em

decibéis que estão sendo somados. E na coluna da direita o valor que deve ser

acrescido. Esse valor será acrescido na maior potencia sonora que está a ser somada,

por exemplo:

Para somarmos 102dB + 100dB, temos que a diferença entre os números que

estão sendo somados é de 2, logo, pela tabela, o valor a ser somado é de 2. Pegamos

então o maior valor da soma, 102dB, que somado a 2 nos dará um valor final da soma

de 104dB.

4.8.1.1. Exaustão

A fórmula utilizada para a estimativa de potencia sonora é:

(5)

Onde:

Lw – Potência sonora

kW – Potencia do motor em (kW)

K – constante dependente da presença ou não de turbo compressor

Lex – comprimento da tubulação de exaustão

Diferença Acrescimo

0 ou 1 3

2 ou 3 2

4 a 9 1

acima de 10 0

Tabela de adição

��10��!0"#−2−!3�4⁄1,2)+120dB

A constante K, como já foi mencionada, é uma constante dependente da

presença ou não de turbo compresso. Caso haja turbo compressor K=6, caso contrario

K=0.

Para a conversão do nível de potência sonora total para o nível de potência

sonora em bandas de oitavas, utilizamos a tabela abaixo de correção:

Tabela 4.2 – Tabela para adição de decibéis (Bistafa,2011)

Outra correção utilizada para a exaustão de motores estacionários diz respeito

ao silenciador. A tabela abaixo se refere à atenuação gerada pela a incorporação de

silenciador no duto de exaustão.

Tabela 4.3 – Tabela para correção de potência sonora (Bistafa,2011)

Dessa maneira a planilha é capaz de calcular o ruído gerado pela exaustão de

gases em motores estacionários.

4.8.1.2. Bloco


Frequência central da Correção

banda de oitava (Hz) (dB)

31,5 -5

63 -9

125 -3

250 -7

500 -15

1000 -19

2000 -25

4000 -35

8000 -43

Frequência central da

banda de oitava

(Hz) Pequeno Medio Grande Pequeno Medio Grande

63 10 15 20 16 20 25

125 15 20 25 21 25 29

250 13 18 23 21 24 29

500 11 16 21 19 22 27

1000 10 15 20 17 20 25

2000 9 14 19 15 19 24

4000 8 13 18 14 18 23

8000 8 13 18 14 17 23

Silenciador com perda de carga pequena Silenciador com perda de carga grande

Atenuação (dB)

(6)

Onde:

Lw – Potencia sonora


A – Fator de correção dependente da rotação

B – Fator de correção dependente do combustível utilizado ( diesel, gás, diesel + gás )

C – Fator de correção dependente do tipo de cilindros ( em linha, em V, radial )

D – Fator de correção dependente da admissão de ar ( não dutada e não silenciada,

outros ) ( com root blower )

Na tabela abaixo é possível ver as correções propostas para cada variável

apresentada.


Dessa maneira é possivel calcular o valor global da potência sonora. A partir

desse valor, utilizamos a tabela para correção de nível de potência sonora total para a

obtenção do nível de potência sonora em bandas de oitava irradiadas pelo bloco de

motores estacionários.


Fator de correção da rotação (A) (dB)

inferior a 600 rpm -5

entre 600 e 1500 rpm -2

superior a 1500 rpm 0

Fator de correção do combustivel (B) (dB)

Diesel 0

Diesel e gás natural 0

Gás natural -3

Fator de disposição dos cilindros (C ) (dB)

Em linha 0

Em V 0

Radial -1

Fator de correção de admissão de ar (D) (dB)

Admissão de ar para o roots blower não dutada e não silenciada 3

Admissão de ar dutada externamente ao enclausuramento 0

Admissão de ar para o roots blower silenciada 0

Outros tipos de admissão de ar (com ou sem turbo compressor) 0

��=10��(0"))7)�)�)8)93��

4.8.1.3. Admissão

Fórmula utilizada para a estimativa de potencia sonora é:

(7)

Onde:

Lw – Potência sonora


l – Comprimento da tubulação de admissão

Na tabela abaixo vemos as correções aplicadas para conversão de potência

sonora total para potência sonora em bandas de oitava.



banda de oitava Rotação Inferior rotação superior

(Hz) a 600 rpm com roots blower sem roots blower a 1500 rpm

31,5 -12 -14 -22 -22

63 -12 -9 -16 -14

125 -6 -7 -18 -7

250 -5 -8 -14 -7

500 -7 -7 -3 -8

1000 -9 -7 -4 -6

2000 -12 -9 -10 -7

4000 -18 -13 -15 -13

8000 -28 -19 -26 -20

Correção (dB)

rotação entre 600 e 1500 rpm

Frequencia central da Correção

banda de oitava (dB)

(Hz)

31,5 -4

63 -11

125 -13

250 -13

500 -12

1000 -9

2000 -8

4000 -9

8000 -17

��=5��(0")− ⁄1,8+95��

Dessa maneira obtemos os três elementos geradores de ruído em motores

estacionários. A soma desses valores não dá o valor de potência sonora em bandas de

oitava de um motor estacionário.

4.8.2. Motor elétrico

Para o caso de motores elétricos a planilha é capaz de realizas os cálculos para

motores com potência superior a 300kW e rotação inferior a 3600rpm.

Neste caso temos um calculo um pouco diferente do caso de motores

estacionários. Em motores elétricos uma tabela nos dá diretamente o valor de

potência sonora em bandas de oitava. Essa tabela é utilizada para motores com

potência maior do que 300 kW e varia a faixa em função da rotação. Vemosabaixo:


A partir desses valores outras correções são realizadas em função de rotação e

potência.


Dessa maneira somos capazes de calcular a potência sonora em bandas de

oitavas para motores elétricos. Apesar das restrições, esse cálculo continua muito

importante, já que em embarcações de apoio, uma das maiores fontes de ruído são os

thrusters, que podem estar na proa e/ou popa. Os bowthrusters, thrusters da proa,

são grandes geradores de ruído em superestrutura de navios de apoio.


banda de oitava 250 e 400

(Hz) (vertical)

31,5 94 88 88 88 86

63 96 90 90 90 87

125 98 92 92 92 88

250 98 93 93 93 88

500 98 93 93 93 88

1000 98 93 96 98 98

2000 98 98 96 92 88

4000 95 88 88 83 78

8000 88 81 81 75 68

Rotação (rpm)

1800 e 3600 1200 900 720 e abaixo

Motores especiais de baixa rotação -5

Motores especiais de alta rotação 15

Potencia maior que 4000kW 3

Potencia entre 300 e 750kW -3

Correções

Esse equipamento é acionado por grandes motores elétricos e conhecer a sua

potência sonora é de extrema importância para conhecer o nível de ruído na

superestrutura e acomodações.

4.8.3. Gerador elétrico


(8)

Onde:


MW – Potencia do motor em (MW)

RPM – Rotações por minuto

Para a correção de nível de potência sonora total para a potência sonora em

bandas de oitava utilizamos a tabela abaixo.


4.8.4. Compressores

Para compressores analisaremos compressores centrífugos apenas a carcaça,

compressores centrífugos admissão de ar e compressores rotativos ou axiais. No caso

de compressores centrífugos faz-se necessário a soma dos valores de carcaça e de

admissão para chegar ao valor final de potencia sonora.

Frequencia central da Correção

banda de oitava (dB)

(Hz)

31,5 -11

63 -8

125 -7

250 -7

500 -7

1000 -9

2000 -11

4000 -14

8000 -19

��=10��(�"))6,6��(/��)")48dB"

4.8.4.1. Compressor centrifugo – carcaça


(9)

Onde:



4.8.4.2. Compressor centrifugo – admissão de ar


(10)

Onde:



4.8.4.3. Compressor rotativo ou axial


(11)

Onde:



Tendo todas às formulas de potência sonora total conhecidas e já descritas a

cima, utilizamos a tabela abaixo para a conversão para bandas de oitava.


��=10��(0")+90dB

��=10��(0")+80dB

��=10��(0")+79dB

Agora para o caso de compressores centrífugos, podemos somar os valores

para carcaça e admissão de ar, chegando então ao valor final em bandas de oitava.


banda de oitava Compressores rotativos Compressor centrifugo Compressor centrifugo

(Hz) e alternativos (carcaça) (admissão de ar)

31,5 -11 -10 -18

63 -15 -10 -16

125 -10 -11 -14

250 -11 -13 -10

500 -13 -13 -8

1000 -10 -11 -6

2000 -5 -7 -5

4000 -8 -8 -10

8000 -15 -12 -16

Correção (dB)

5. Metodologia

Conhecendo melhor os equipamentos que iremos trabalhar e suas fontes de

ruído somos capazes de entender e avaliar melhor formulações a seu respeito.

Neste estudo serão utilizadas formulações propostas por Silvio R. Bistafa em

seu livro Acústica Aplicada ao Controle do Ruído e por Samir N. Y. Georges em seu livro

Ruído: Fundamentos e Controle.

Bistafa propõe métodos para os cálculos baseados em dados empíricos para a

estimativa de potência sonora de algumas máquinas e equipamentos utilizados em

embarcações. Utilizaremos suas formulações para todos os equipamentos

apresentados neste estudo.

Já Samir, apresenta algumas formulações diferentes à Bistafa. Utilizaremos as

formulações propostas em seu livro para motores elétricos e compressores de maneira

a realizar uma comparação com os resultados de Bistafa.

O estudo realizado neste projeto se dará por meio da elaboração de uma

planilha capaz de, a partir de formulações propostas já citadas, calcular valores de

potência sonora para alguns equipamentos, são esses:

- Motores Estacionários

- Geradores

- Motores Elétricos

-Compressores

-Bombas

Estes são, em um navio, as maiores fontes de ruído. Pensando em um navio do

tipo PSV construído hoje, sabemos que uma praça de máquinas possui além dos

equipamentos citados, unidades frigorificas, trocadores de calor e equipamentos

menores, podendo variar de navio para navio.

De maneira geral a seleção dos equipamentos que fazem parte deste estudo foi

considerada satisfatória, os equipamentos mais importantes foram abordados e

poderão dar uma previsão adequada do ruído.

Equipamentos menores acabam tendo o seu som passando despercebidos

devido à diferença em potencia em comparação aos equipamentos já citados.

A partir dos resultados gerados por essa planilha será possível realizar um

estudo comparativo a valores reais já conhecidos.

O Laboratório da UFRJ, LEDAV, Laboratório de Ensaios Dinâmico e Analise de

Vibração, realiza ha bastante tempo estudos em navios em operação no intuito de

determinação do valor de ruído. Utilizando um estudo que vem sendo desenvolvido

hoje pelo laboratório poderemos comparar os resultados gerados pela planilha com

resultados reais.

A partir da comparação de valores reais e valores calculados será possível

realizar a validação da planilha desenvolvida e do estudo produzido.

Portanto é possível resumir a metodologia de nosso trabalho em:

Desenvolvimento de planilha para cálculo, comparação de resultados calculados com

valores reais e analise de incertezas e erros.

Será realizado também um estudo de caso, onde aplicaremos os valores de

potencia sonora produzidos pela planilha no programa AR3. O programa calcula a

pressão sonora produzida em diversos compartimentos e poderemos comparar esses

valores com valores medidos. No próximo capitulo será possível ver o dados utilizados

para o estudo de caso.

6. Estudo de Caso

6.1. Obtenção de dados para comparação

O Laboratório LEDAV, desenvolve hoje um estudo com a coordenação do

professor Luiz Antonio Vaz Pinto e com o apoio do professor Ulisses A. Monteiro e do

aluno Juan P. Vargas M. Bueno para medição e análise do ruído no navio de pesquisa

Seward Johnson.

De maneira resumida, trata-se de um navio de pesquisa do armador Brasil

Supply, em que altos níveis de ruído vêm sendo medidos em algumas cabines. vemos

abaixo as características principais do navio:

Tabela 6.1 – Características principais do navio Seward Johnson

Como principais fontes de ruído foram identificadas três MCAs, dois MCP e

duas bombas hidráulicas. Estão elas descritas abaixo:

Tabela 6.2 – Fontes de ruído do navio Seward Johnson

LPP (m) 57,3

Boca Moldada (m) 10,97

Pontal Moldado (m) 4,87

Calado de Projeto Moldado (m) 3,78

Velocidade de Serviço (nós) 25

modelo Caterpillar 3512

potencia 800HP

rotação 1200RPM 1000RPM (normal)

modelo Caterpillar 3406B

potencia 362HP

rotação 1800RPM

modelo

potencia 75HP

rotação 1800RPM

MCP

MCA

Bomba

6.1.1. Locais de medição

As medições foram realizadas em sete pontos no lower deck, como é possivel

ver na imagem abaixo.

Figura 6.1 – Locais de medição de ruído

Neste relatório analisaremos apenas os pontos localizados nas cabines 9, 11, 13

e 15.

6.1.2. Condições de medição

As condições de medição não foram as condições de operação da embarcação.

Porém, para o objetivo desse projeto, que visa validar os resultados da planilha

desenvolvida tal medição será suficiente.

A medição de ruído foi realizada com os três motores de combustão auxiliares e

as duas bombas hidráulicas em funcionamento.

De maneira geral, esses dados foram importantes para uma análise de

sensibilidade. Como a operação das bombas hidráulicas afetaria os níveis de ruído nos

pontos de medição.

6.1.3. Equipamento utilizado

As medições foram realizadas utilizando o medidor de ruído Sound Meter

Larson Davis 831, da imagem abaixo.

Figura 6.2 – Equipamento de medição de ruido

Trata-se de um equipamento com certificado de calibração em dia, logo seus

resultados podem ser considerados precisos.

6.1.4. Resultado das medições

Veremos neste ponto o resultado das medições realizadas a bordo. Segue

abaixo os gráficos com os resultados para cada ponto de medição. Cabe resaltar que

no primeiro gráfico, na praça de máquinas, foi considerado apenas a medição com as

bombas desligadas. Isso se deve a pouca influencia das bombas hidráulicas no nível

global, já que o ruído é totalmente dominado pelos motores ali presentes.

Figura 6.3 – Resultados da medição de ruido




Temos também um gráfico com a comparação do nível de ruído nos sete

pontos de medição. Como esperado, quanto mais próximo à praça de maquinas maior

o nível de ruído.


Podemos ver abaixo a tabela onde são apresentados tais valores em bandas de

oitava.

Tabela 6.3 – Resumo dos resultados das medições em bandas de oitava

6.2. Comparação e Validação

Neste ponto, faremos a análise dos resultados da planilha na determinação de

potência sonora. Em primeiro lugar iremos gerar os valores de potência sonora para os

equipamentos já citados do navio Seward Johnson.

Já seremos capazes de realizar algumas comparações e analises a partir dos

valores que estão sendo utilizados hoje para analise no programa AR3. Os valores

utilizados hoje possuem um bom resultado e dessa maneira podem gerar uma

comparação razoável.

Em segundo lugar iremos aplicar os valores calculados na planilha no software

AR3, de maneira a calcular o valor do ruído gerado nos sete pontos de medição.

Global

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000 LAeq

SR 15 73 65 63 61 60 55 44 38 35 64

SR 13 70 63 67 64 60 54 43 37 37 65

SR 11 71 63 67 59 54 51 46 39 37 62

SR 09 66 61 57 58 52 45 39 38 36 58

BANDAS DE OITAVA (Hz) - Valores em dBCamarote

Tal resultado nos dará uma melhor ideia da confiança que é possivel ter na

planilha. Visando o objetivo de predizer o ruído, a partir do valor de potência sonora

de equipamentos que não possuímos em mãos para medição, este será a melhor

maneira para análise de resultados.

Um problema que enfrentaremos nessa análise diz respeito às bombas

hidráulicas. Bistafa em suas formulações não nos fornece o valor de potência sonora, e

sim os valores de pressão sonora para uma distancia de 1 metro da bomba. Como já

vem sendo feito, iremos desconsiderar o fator de distancia de medição, já que o

Bistafa nos fornece tais valores para 1 metro da fonte e dessa forma transformar

pressão sonora para potencia sonora, como já explicado anteriormente.

Apesar de todos os problemas já mencionados neste relatório em utilizar tal

método, este já vem vendo usado e produzindo bons resultados. Dessa maneira,

resolvemos também o problema da necessidade do equipamento em mãos para

realizar tal medição.

Outro problema associado às bombas se deve ao fato de que Bistafa, em suas

formulações, não separa a bombas comuns de bombas hidráulicas. Isso pode acabar

gerando grandes problemas, já que bombas hidráulicas produzem ruídos

consideravelmente maiores para a mesma potência e rotação. De qualquer forma será

possível ter uma ideia dessa diferença ao compararmos os valores calculados pela

planilha aos valores utilizados hoje e medidos próximos às bombas.

Tais resultados poderão ser vistos a diante neste trabalho.

7. Apresentação da planilha

Como já foi mencionado, foi gerada uma planilha em Excel de maneira a

calcular valores de potencia sonoros para diversos equipamentos existentes em navios

de apoio a plataforma. Tal planilha foi feita de maneira a funcionar como um

programa, realizando suas analises e se apresentando de maneira mais simples

possível para o usuário.

Nesse capitulo temos como objetivo apresentar a planilha, seu funcionamento

e interface. Já conhecemos todas as formulações utilizadas e todas as características

de equipamentos que podem influenciar nos cálculos, elas não serão novamente

apresentadas.

De certo modo a programa funciona de maneira simples para o operador, este

não tem contato com as formulações e cálculos, ele possui apenas um grupo limitado

de alternativas para escolha, de maneira que para cada característica não numérica ele

possua apenas opções listadas.

O programa será apresentado a seguir para um melhor entendimento.

Figura 7.1 – Capa do programa

Vemos a capa do programa, nela é possível ver todos os tipos de equipamentos

que podem ser analisados pelo programa. É possivel analisar motores estacionários,

motores elétricos, geradores elétricos, bombas e compressores. Clicando em qualquer

uma das opções, abriremos telas especificas para entrada de dados em cada tipo de

equipamento.

A planilha é dividida para cada equipamento em “campo de entrada”, onde são

inseridas suas características, esse é o único campo para preenchimento do usuário.

Abas de cálculo, onde, como o próprio nome já diz, são realizados os cálculos. Nesta

aba são utilizadas as fórmulas já apresentadas. Todas as formulações já foram

apresentadas para cada equipamento e não serão novamente mostradas. As abas de

cálculo não devem ser manipuladas, o programa já faz com que essas abas não sejam

acessadas. Essas abas devem ser operadas e modificadas apenas em casos de

necessidade de pequenas alterações ou correções para algum elemento especifico. E

por ultimo a aba “resultados”, nesta aba é apresentada a tabela de bandas de oitava

final para cada equipamento e o espectro de ruído do mesmo. Existe também uma aba

de “comparação”. Nesta aba é possível realizar alguma comparação necessária para

validação de resultados, no caso de possuir valores reais de algum equipamento.

Podemos ver abaixo essa divisão:

Figura 7.2 – Abas do programa

Temos o exemplo para motores estacionários, abreviado com “ME”. Temos a

aba de entrada, as abas de calculo para cada parte, exaustão, bloco e admissão e a aba

de relatório, onde são apresentados os resultados. No caso de motores estacionários

ainda foi criada uma outra aba de resumo. Nesta aba são realisadas as operações de

soma necessárias para este equipamento.

Existe também a aba comparação. Esta foi criada com um fim acadêmico, nela é

possível comparar os resultados calculados com valores reais de algum equipamento,

caso seja possível tenhamos esses valores.

Figura 7.3 – Planilha para comparação de resultados

Como nas outras abas, temos as células em vermelho para preenchimento,

neste caso seriam os valores de algum motor estacionário real para comparação com

os resultados calculados e por ultimo o erro associado.

Ao clicarmos em qualquer um dos ícones mostrados acima, somos transferidos

diretamente para a aba de entrada do equipamento desejado. Nesta aba somos

apresentados aos valores de entrada necessários para o calculo. Como já mencionado

células em vermelho são as que devem ser preenchidas em função do equipamento

escolhido.

É possivel ver abaixo o exemplo para Motor estacionário:

Figura 7.4 – Aba para caracteristicas de motor estacionário

É possível ver em vermelho as células que devem ser preenchidas, em função

das características do motor que está sendo analisado. Em células como Potencia,

comprimento da tubulação de exaustão, comprimento da tubulação de admissão e

rotação é possível utilizar qualquer valor. Para as outras células, as escolhas são

condicionadas.

Foram definidas listas para escolha, tais listas são em função das formulações já

apresentadas e tabelas de correção e atenuação. Apresentaremos cada lista, como

exemplo para o caso de motores estacionários.

Podemos ver abaixo as listas de condições:

Figura 7.5 – Lista de condições para motores estacionarios

Depois de selecionar todas as características do motor a ser analisado,

precisamos apenas clicar em “gerar relatório de resultados”, e seremos encaminhados

para a aba de resultados.

No caso de motores estacionários teremos:

Figura 7.6 – Aba de resultados

É possível ver o tipo de equipamento, “motor estacionário”, algumas

características básicas, potencia e rotação, o quadro de bandas de oitava produzida

pelo equipamento e um gráfico que mostra o espectro sonoro.

Como foi mencionado o programa foi planejado para ser de fácil utilização. Não

precisamos procurar por abas que desejamos ou passar por áreas de calculo. Sendo

sempre direcionados para os locais desejados via botões.

Com o relatório de resultados gerado, temos então duas opções, “imprimir” ou

“analisar novo equipamento”. Nesse momento é possivel escolher entre imprimir os

resultados e continuar nossas analises com outro equipamento. Ao decidir por

continuar as analises o botão nos encaminhará novamente para a capa de escolha de

equipamentos.

Dessa maneira temos um programa simples e funcional, atendendo bem ao

objetivo do projeto.

Motor Caterpillar 3512

Potência 596,8 kW

Rotação 1000 RPM

Banda Potência

63 104

125 110

250 111

500 109

1000 107

2000 105

4000 100

8000 91

Potência Sonora Produzida

Bandas de Oitava

0

20

40

60

80

100

120

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Espectro sonoro

Espectro sonoro

IMPRIMIRAnalisar novo equipamento

8. Análise de resultados

Em primeiro lugar geramos os resultados de potência sonora para cada

equipamento.

Podemos ser nas figuras abaixo a potência sonora em bandas de oitava para

cada equipamento, MCAs, MCPs e bombas hidráulicas.

MCP. Motor Estacionário.

Tabela 8.1 – Resultado para MCP

Motor Caterpillar 3512

Potência 596,8 kW

Rotação 1000 RPM

Banda Potência

63 104

125 110

250 111

500 109

1000 107

2000 105

4000 100

8000 91


Bandas de Oitava

Figura 8.1

MCA. Motores auxiliares. Trata

gerador, dessa maneira geramos os resultados para motores elétricos, logo após para

geradores e então a soma desses resultados nos deram o valor para os MCA`s.

Motor elétrico.

Tabela 8.2

Motor

Potência

Rotação

Figura 8.1 – Resultado em espectro sonoro para MCP

MCA. Motores auxiliares. Trata-se de um motor elétrico acoplado a um

r, dessa maneira geramos os resultados para motores elétricos, logo após para


Tabela 8.2 – Resultado para Motor Elétrico

Motor Elétrico

Potência 596,8 kW

Rotação 1800 RPM

Banda Potência

63 96

125 98

250 98

500 98

1000 98

2000 98

4000 95

8000 88


Bandas de Oitava

se de um motor elétrico acoplado a um

r, dessa maneira geramos os resultados para motores elétricos, logo após para


Figura 8.2 –

Gerador

Gerador

Potência

Rotação

– Resultado em espectro sonoro para Motor Eletrico

Tabela 8.3 – Resultado para gerador

Gerador

Potência 27 kW

Rotação 1800 RPM

Banda Potência

63 73

125 76

250 77

500 77

1000 77

2000 75

4000 73

8000 70


Bandas de Oitava

Figura 8.3

Como já foi visto anteriormente, para soma de decibéis, uma diferença tão

grande gera um predomínio do ruído do motor elétrico, dessa maneira o ruído gerado

pelos MCA`s será o mesmo gerado pelos motores elétricos.

Bombas hidráulicas.

Bomba

Figura 8.3 – Resultado em espectro sonoro para Gerador


um predomínio do ruído do motor elétrico, dessa maneira o ruído gerado

pelos MCA`s será o mesmo gerado pelos motores elétricos.

Bombas hidráulicas.

Tabela 8.4 – Resultado para bomba

s

Bomba

Banda Potência

63 80

125 81

250 83

500 83

1000 86

2000 83

4000 79

8000 73


Bandas de Oitava


um predomínio do ruído do motor elétrico, dessa maneira o ruído gerado

Figura 8.4

Gerados tais resultados podemos agora realizar a primeira comparação, dos

resultados gerados pela planilha e os resultados obtidos através da medição de

pressão sonora no local e sua conversão para potência sonora a partir da formula já

citada anteriormente.

Na imagem abaixo é possivel ver a tabela de dados com os valores de potência

sonora do programa AR3, na tabel 7.5 vemos os valores originais, obtidos por medição

e utilizados para o desenvolvimento do relatório final do trabalho.

Tabela 8.5

A partir desses valores foi gerada uma planilha para realizar a

comparação desses valores. Vemos abaixo tal planilha e seus resultados.

Figura 8.4 – Resultado em espectro sonoro para bombas

resultados podemos agora realizar a primeira comparação, dos



m abaixo é possivel ver a tabela de dados com os valores de potência


e utilizados para o desenvolvimento do relatório final do trabalho.

Tabela 8.5 – Valores originais tomados por medição



resultados podemos agora realizar a primeira comparação, dos



m abaixo é possivel ver a tabela de dados com os valores de potência




Tabela 8.6 – Planilha para comparação das medições com os resultados do programa desenvolvido

Utilizando as abas de comparação de nossa planilha para calculo, foi possivel

elaborar uma planilha de comparação de resultados. Utilizando os valores da medição,

que foram os utilizados originalmente para os calculos no AR3 e comparando com os

valores calculados pela planilha de calculos.

É possivel ver que para os MCA`s, a diferença media gira em torno de 10%, com

alguns pontos bem fora dessa curva. Já para os MCP`s, esse valor gira em torno de 6%.

Tais valores foram considerados satisfatorios e em linha com o objetivo do trabalho.

Porém os valores para bombas hidraulicas ficou muito abaixo do medido, com uma

diferença media maior do que 20%. Tal resultado já era esperado e já foi comentado

anteriormente nesse relátorio.

É possivel perceber que os resultados para as bombas fica muito abaixo do

valor medido, isso se deve ao fato já mencionado de bombas hidraulicas possuirem um

valor de potância sonora muito maior do que bombas comuns.

A planilha desenvolvida não é capaz de realizar cálculos para bombas

hidraulicas, por isse motivo ela foi desconsiderada, e os valores utilizados para as

bombas são os mesmos calculados e convertidos da maneira original. Podemos ver

que os valores da figura 8.7 de input de fontes de ruido é a tabela final, utilizada para

os calculos de ruido no navio em questão.

Tabela 8.7 – Dados de input utilizados para comparação de resultados

AR3original planilha diferença AR3original planilha erro AR3original planilha erro

98 94 4% 94 102 8% 91 79 15%

101 96 5% 96 104 8% 92 80 15%

104 98 6% 101 110 8% 106 81 31%

107 98 9% 100 111 10% 113 83 36%

109 98 11% 100 109 8% 115 83 39%

110 98 12% 101 107 6% 104 86 21%

109 98 11% 99 105 6% 100 83 20%

107 95 13% 94 100 6% 95 79 20%

104 88 18% 87 91 4% 95 73 30%

104 85 22% 89 89 0% 80 72 11%

MCA MCP Bomba

Para fins de comparação dos resultados neste projeto, realizamos uma análise

no programa AR3 semelhante a real, no momento da medição, isto é, os 3 MCAs e as 2

bombas hidráulicas ligadas.

Chegamos ao resultados finais abaixo:

Tabela 8.8 – Resultado adquirido pelo programa AR3




Tabela 8.12 – Comparação de resultados

Podemos ver na tabela 8.12 a comparação do valor calculado com os valores

medidos no local. A maior diferença ficou na cabine 15, com um erro de 5,7%. Tais

valores foram considerados satisfatórios.

Calculado Medido Diferença

Cabine 9 63 62 -1,59%

Cabine 13 70 72 2,86%

Cabine 15 74 70 -5,41%

Resultados

Apesar dessa diferença de quase 6%, precisamos levar em consideração que hoje no

mercado programas como o desenvolvido pela classificadora DNV ou até outros

incluem em seus resultados variações desta ordem, que variam em até 5dB para mais

ou para menos. Dessa maneira os resultados obtidos são considerados satisfatórios já

que torna o programa competitivo no mercado em que será inserido.

9. Conclusão

A partir da análise foi possível concluir que os resultados da planilha estão muito

próximos aos valores reais. Foi possível notar que principalmente para os MCP`s a diferença

ficou muito pequena, nos dando uma boa confiança nos resultados. Para os MCA`s, apesar de

um aumento nessa diferença foi possível reparar que tais valores continuam dentro de uma

margem de erro satisfatória.

Como era de se esperar não foi possível chegar a uma boa comparação para as

bombas, o fato de que Bistafa, não diferencia bombas hidráulicas de bombas normais em seu

estudo acaba por criar certa discordância em seus resultados e por essa razão não é

possívelchegar a conclusões satisfatórias em relação ao cálculo das bombas pela planilha.

Durante o estudo, foi possível também realizar uma análise de sensibilidade nos

equipamentos estudados. Em relação aos motores estacionários, é possível perceber que

variações consideráveis ocorrem ao modificar o valor de potência. Já em relação aos outros

quesitos apresentados essa variação acaba sendo pequena. Tal fenômeno acontece já que o

cálculo de potência para esses motores se divide em três partes, exaustão, bloco e admissão e

o único valor de entrada compartilhado por todos é a potência, dessa maneira ao

modificarmos a potencia do motor modificamos a potência sonora em todas essas três partes,

já ao modificarmos os outros dados de entrada, acabamos modificando apenas uma dessas

partes e ao final, quando realizamos a soma logarítmica, devido ao predomínio de alguma

parte as variações acabam sendo pequenas.

Para motores elétricos a rotação vem a ser o principal fator da potência sonora tendo

grande variação no caso de motores especiais de alta rotação. Já no caso dos geradores não

acontece uma grande predominância entre os fatores de entrada.

Foi possível notar também que para o caso de MCA`s, onde se trata de motores

elétricos acoplados a geradores, a predominância fica sempre com o motor elétrico, dessa

maneira a potencia sonora do equipamento acaba sempre por ser a potencia sonora do motor

elétrico. Esse é um ponto importante desta conclusão, já que MCA`s são equipamentos

existentes e toda embarcação de apoio a plataformas.

Este trabalho foi importante para o desenvolvimento de uma ferramenta capaz de

calcular valores de potência sonora de diversos tipos de equipamentos e pela realização de um

primeiro teste e comparação de valores, que acabou se mostrando satisfatória. Fica como

sugestão de novos estudos e trabalhos uma melhor avaliação da planilha com a comparação

com uma gama maiores de equipamentos e um estudo probabilístico onde seja possível definir

uma margem de erro para a planilha. Com tal estudo ela poderia se tornar ainda mais útil e sua

utilização para predição de ruído utilizando o programa AR3 poderia vir a ser ainda mais

precisa.

10. Referências Bibliográfica

Beranek, L.L., Noise and Vibration Control, 1988

Bistafa, S.R., Acústica Aplicada ao Controle do Ruído, 2011

Cyril M. Harris, P. ,Handbook of Noise Control, 1991

Georges, S.N. Ruído: Fundamentos e Controle, 2000

Nepomuceno, L.X. ,Acústica, Editora Edgard BlucherLtda, 1977

Webb, J.D., Noise Control in Industry, Sound Research Laboratories Limited, 1978

Estimativa de Potência Sonora de Equipamentos de Navios de...

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