35

NBR 7094 NBR 7565 NBR 7566

IEC 34-9

ISO 3744

ISO 3745

ISO 3746

ISO 1680/1

ISO 1680/2

ASPECTOS NORMATIVOS REFERENTES AOS ENSAIOS DE RUDO EMMQUINAS GIRANTES ADOTADOS PELA WEG

Agnaldo Reus Medeiros Rodrigues - cq-lab1@weg.com.brSeo de Controle de Produtos I WMO

RESUMO

Este trabalho procura dar uma viso geral dasnormas nacionais e internacionais adotadas pela WEGpara a determinao dos procedimentos de ensaio derudo. feita tambm uma avaliao da cmara acsticaexistente na WEG, verificando a conformidade da mesmaem relao s normas de ensaio.

1. INTRODUO

Nos ltimos anos tem havido umapreocupao crescente com relao reduo dosnveis de rudo provocados por mquinas eequipamentos, tento em ambientes de trabalhoindustriais como em reas comerciais e residenciais.

Buscando atenuar os efeitos que o rudoprovoca ao organismo humano, foram criados normasregulamentadoras nacionais e internacionais quelimitam os nveis de rudos de equipamentos,mquinas, motores e ambientais permissveis, bemcomo os procedimentos adotados para as medies denveis de rudo.

Este trabalho est dividido em trs partes:primeiramente apresenta as normas que determinamos limites de nveis de rudo e os procedimentos deensaios para a medies de nvel de rudo em motoreseltricos. Depois apresentado os mtodos dedeterminao de nveis de rudo, bem como asdefinies, correes e clculos citados pelas normasde procedimentos de ensaio adotados pela WEG. Epor ltimo feita uma avaliao da cmara acsticada WEG em relao aos fatores de correo deambiente e de rudo de fundo, levando em conta asdimenses dos motores fabricados pela WEG.

2. AS NORMAS DE RUDO

A WEG adota como referncia de nveis derudo os valores contidos nas normas IEC(International Electrotecnical Commission), NEMA(National Electrical Manufacturers Association) eABNT (Associao Brasileira de Normas Tcnicas).O mtodo de ensaio adotado pela WEG adeterminao da potncia sonora atravs da mediode presso sonora num campo livre sobre um planorefletor.

A ABNT determina os limites de nveis de rudopela norma NBR 7565 [10], a qual referenciadapela norma de especificao de mquinas eltricasNBR 7094 [9], sendo o mtodo de ensaio adotadopela WEG determinado pela norma NBR 7566 [11].

A IEC determina os limites de nveis derudo pela norma IEC34-9 [2], sendo os mtodos deensaio para mquinas e equipamentos em geraldeterminados pelas normas ISO3744[4], ISO3745[5]e ISO3746[6], e especificamente para mquinaseltricas girantes pelas normas ISO1680/1[7] eISO1680/2[8]. A WEG adota a ISO1680/1 paradeterminao do nvel de rudo por ser mais precisado que a ISO1680/2, levando em conta as condiesdo ambiente de ensaio.

A NEMA determina os limites de nveis derudo no captulo 12 da norma NEMA MG1-1993[12], sendo o mtodo de ensaio determinado nanorma IEEE std85[3], a qual atualmente estcancelada.

3. DEFINIES UTILIZADAS NASNORMAS DE ENSAIO

Abaixo so citadas as principais definiesutilizadas pelas normas de ensaio de nvel sonoro:

Campo livre (free field) - Campo de som num meiohomogneo e isotrpico, livre de limitaes.

NEMA MG1 part 12 IEEE std 85

=

op

PPL log.10

36

Na prtica, consiste num campo no qual os efeitosdas limitaes so desprezveis sobre a faixa defrequncia de interesse.

Campo livre sobre um plano refletor (free fieldover a reflecting plane) - Um campo sonoro napresena do plano refletor no qual a fonte sonora estlocalizada.

Recinto Anecico (anechoic room) -Recinto deensaio, cujas superfcies absorvem essencialmentetoda a energia sonora incidente, na faixa defrequncia de interesse, proporcionando, desta forma,condies de campo livre sobre a superfcie demedio.

Recinto semi-anecico (semi-anechoic room) -Recinto de ensaio com piso refletor duro, cujas outrassuperfcies absorvem essencialmente toda a energiasonora incidente sobre a faixa de frequncia deinteresse, proporcionando, desta forma condies decampo livre sobre um plano refletor.

Presso sonora superficial (sound pressure level) -Presso sonora, determinada como mdia quadrticano tempo e tambm como mdia na superfcie demedio.

Nvel de presso sonora superficial (Lp) (surfacesound pressure level) - Dez vezes o logaritmo nabase 10 da razo do quadrado da presso sonorasuperficial para o quadrado da presso sonora dereferncia.

expressa em decibels. Deve ser indicadoo nvel de presso sonora ponderado na escala A. A

presso sonora de referncia 20x10-6 Pascal.

Nvel de potncia sonora (Lw) sound power level) -Dez vezes o logaritmo na base 10 da razo de dadapotncia sonora pela potncia sonora de referncia.

Deve ser indicado o nvel de potnciasonora ponderado na escala A O nvel de potnciasonora de referncia 10-12 Watts.

Superfcie de medio (measurement surface) -Superfcie hipottica de rea S, que envolve a fonte esobre a qual so localizados os pontos de medio.

Caixa de referncia (reference box) - Superfciehipottica de referncia, constituda pelo menorparaleleppedo retangular que envolve justamente afonte e termina sobre o plano refletor.

Distncia de medio (measurement distance) -Menor distncia da caixa de referncia superfcie demedio.

Campo Externo (Far field) - Aquela poro docampo de radiao da fonte sonora na qual o nvel depresso sonora decresce 3 dB para cada dobro da reada superfcie de medio. Isto equivalente adecrescer 6 dB para cada dobro da distncia de umponto da fonte.

No campo externo, a presso mdiaquadrtica proporcional potncia acstica totalirradiada pela fonte. Campo Interno (Near field) - Aquela poro docampo de radiao sonora que est entre a fonte e ocampo externo.

Rudo de Fundo (background noise) - o nvel depresso sonora de cada posio do microfone com afonte inoperante.

O rudo de fundo pode incluircontribuies do rudo transmitido pelo ar, vibraestransmitidas pelas estruturas e rudo eltrico nainstrumentao.

Correo do rudo de fundo K1 (backgroundnoise correction) - Termo de correo paraconsiderar a influncia do rudo de fundo no nvel depresso sonora superficial; K1 dependente dafrequncia e expresso em decibis. A correo nocaso da escala de ponderao A e denotado por K1A .

Correo Ambiental - K2 (environmentalcorrection) - Termo de correo para considerar ainfluncia do som refletido ou absorvido no nvel depresso sonora; K2 dependente da frequncia eexpresso em decibis. A correo no caso da escalade ponderao A e denotado por K2A .

4. INSTALAO E OPERAO DOMOTOR DURANTE O ENSAIO

Montagem da mquinaDeve ser montada na sua posio de operao normal(verticalmente ou horizontalmente).Deve-se tomar cuidado para minimizar a transmissoe irradiao do rudo estrutural de todos os elementosde montagem, inclusive a base da mquina.Pode-se minimizar este efeitos, atravs da montagemsobre bases elsticas para mquinas pequenas e da

=

ow

PPL log.10

37

montagem sobre condies de base rgida paramquinas grandes.

Base elsticaA frequncia natural do sistema de suporte damquina sobre teste deve ser menor que dafrequncia correspondente menor velocidade derotao da mquina.A massa efetiva da base elstica deve ser menor doque 1/10 da massa da mquina sob teste.

Base RgidaA mquina deve ser montada rigidamente ,

tal que a mesma no sofra esforos adicionais devido montagem.

Operao da mquina durante o testeA mquina deve operar a vazio, com tenso

nominal.Para mquinas de corrente alternada, a fonte detenso deve atender os requisitos de forma e simetriaespecificados nas normas IEC34-1[1] e NBR7094[9]:

Fator de harmnicas de tenso (FHV)menor ou igual a 0,02 para motores monofsicos etrifsicos (exceto os motores da categoria N);

Fator de harmnicas de tenso (FHV)menor ou igual a 0,03 para motores da categoria N.

Sendo o fator de harmnicas de tenso(FHV) calculado por:

Onde:Un valor (por unidade) do harmnico de tenso; n - ordem do harmnico (no divisvel por trs nocaso de motores trifsicos).

5. CLCULO DE NVEIS DE PRESSOSONORA USANDO UMA SUPERFCIEHIPOTTICA DE MEDIO

Superfcie de referncia e superfcie de medioPara facilitar a localizao das posies do

microfone, definida uma caixa de refernciahipottica. Ao definir as dimenses desta caixa dereferncia , podem ser desprezados os elementos quedela ressaltem e que no constituem radiadoresimportantes de energia sonora.

As posies do microfone situam-se sobre asuperfcie de medio, de rea S, que termina sobre oplano refletor.

Para mquinas eltricas girantes, a superfciede medio consiste de um paraleleppedo retangularcom os lados paralelos aos lados da caixa de

referncia, espaados de uma distncia d que distncia de medio (ver figura 1).

A distncia de medio deve ser no mnimo0,25 m at 1 m, sendo este ltimo valor opreferencial.

A rea S da superfcie de medio dada pelaequao:

S = 4 (ab + bc + ca)

l1 , l2 e l3 so as dimenses da caixa dereferncia.

d = a distncia de medio, normalmente 1m.

Figura 1 Pontos de medio de nvel de pressosonora .

Posies do microfoneA figura 1 prescreve as localizaes de nove

posies chave do microfone.Por razes de segurana, a posio superior

(posio n9 na figura 1) pode ser eliminada, desdeque a variao no nvel de potncia sonora da fontedevido a sua excluso no exceda 1,0 dB.

Para fontes, que produzem um formato deradiao simtrico, pode ser suficiente distribuir ospontos de medio sobre somente parte da superfciede medio, desde de que os nveis de presso sonorano se afastem em mais de 1,0 dB dos nveisdeterminados em medies sobre a superfcie inteira.

Condies de mediesO microfone deve ser orientado de forma que o

ngulo de incidncia das ondas sonoras seja aquelepara o qual o microfone foi calibrado.

A cada ponto de medio devem ser tomadasleituras de nveis de presso sonora ponderado naescala A (ver anexo A) , com um perodo deobservao de no mnimo 10 s.

= nU

FHV n2

dla += 15,0

dlb += 25,0

dlc += 3

38

Se solicitados, podem ser obtidos as bandas deuma oitava ou 1/3 de oitava do nvel de pressosonora medido na superfcie de medio.

A velocidade do vento existente no local deteste ou causada pela mquina sob ensaio deve serinferior a 6 m/s. Um pra-vento deve ser usado paraventos com velocidades acima de 1m/s.

Determinao do fator de correo do rudo defundo ou rudo ambiente (K1)Os nveis de presso sonora medidos devem sercorrigidos para o rudo ambiente de acordo com atabela abaixo:

Diferena entre o nvel depresso sonora com a

mquina emfuncionamento e o nvel

de presso sonora dorudo ambiente com amquina desligada.

dB

Correo para sersubtrada do nvel de

presso sonora medidocom a mquina emfuncionamento para

obter o nvel de pressosonora devido somente

mquina.dB

< 66789

10> 10

Medio invlida1,01,01,00,50,50,0

Clculo do nvel de presso sonora superficial (Lp)Para o nvel de presso sonora ponderado

na escala A, calcula-se um valor mdio, Lp, a partirdos nveis de presso sonora medidos (e comcorreo do rudo ambiente se necessrio) Lpi ,utilizando-se a seguinte equao:

Onde:Lp = Nvel de presso sonora superficial,

em decibis, referncia: 20 . 10-6 Pascal.Lpi = Nvel de presso sonora ponderado

na escala A, resultante da i-simo ponto de medio,em decibis, referncia: 20 . 10-6 Pascal.

N = nmero de medies.

Clculo do nvel de potncia sonora (Lw)O nvel de potncia sonora, que caracteriza

o rudo emitido pela fonte deve ser calculado pela

seguinte equaoOnde:

Lw = Nvel de potncia sonora ponderadona escala A, em decibis, ref.: 10-12 Watts.

Lp = Nvel de presso sonora superficial(ver item 6.1), ref.: 20 . 10-6 Pascal.

K2 = Valor mdio da correo ambiental

sobre a superfcie de medio, em decibis.S = rea da superfcie de medio, em

metros quadrados.S0 = 1m2.

6. DETERINAO DO FATOR DECORREO AMBIENTAL (K2)

O fator de correo ambiental serve paradeterminar a presena de influncias ambientaisindesejveis, verificar as condies de campo livre equalificar dada superfcie de medio para uma fontereal sob ensaio de acordo com as normas.

O fator de correo ambiental pode serdesprezado para ambientes internos que so cmarasanecicas e semi-anecicas que atendam os requisitosda norma ISO 3745[4].

A avaliao das influncias ambientais, feita, escolhendo-se um dos dois ensaio dequalificao do ambiente acstico:

O primeiro ensaio de qualificao, o ensaiode comparao absoluta , executado com uma fontesonora de referncia;

O segundo ensaio de qualificao, o ensaiode reverberao, poder ser utilizado, se a fonte sobensaio no puder ser deslocada e for de grandespropores.

A qualificao de campo livre feita peloensaio de reverberao.

Condies ambientaisAs medies devem ser feitas num dos

seguintes ambientes:- Sobre um plano refletor em ambiente

externo;- Num recinto de ensaio com uma

superfcie refletora;- Num recinto de ensaio com superfcies

absorventes sonoras, no qual esteja presente um planorefletor.

O plano refletor no deve ser menor que aprojeo da superfcie de medio sobre o mesmo.

O recinto deve ser livre de objetosrefletores.

( )

+=0

2 log.10 SSKLL pw

wrw LLK =2

= =

N

i

Lp

pi

NL 1.1,0101log.10

39

O coeficiente de absoro do plano refletordeve ser inferior a 0,06 para a norma NBR7566[11] einferior a 0,1 para normas ISO sobre a faixa defrequncia de interesse.

Ensaio de comparao absolutaUma fonte sonora de referncia deve ser

montada no ambiente de ensaio na mesma posio damquina sob ensaio. O nvel de potncia sonora dafonte de referncia determinado utilizando a mesmasuperfcie de medio da mquina sob ensaio.

A correo ambiental K2 ser dada por:Onde:Lw = Nvel de potncia sonora da fonte sonora dereferncia calculado a partir do nvel de pressosonora medido na superfcie de medio da mquina

sob ensaio, em decibis.Lr = Nvel de potncia sonora, em decibis, da fontede referncia. Os valores aceitveis de K2 devemestar entre 2 dB e + 2 dB.

Ensaio de reverberao para determinao dofator de correo ambiental K2

Este procedimento de ensaio aplicvel asalas de teste aproximadamente cbicas.A correo ambiental, K, obtida pela seguinteexpresso:Sendo:

A = 0,16 (V/T)

Onde:A = rea de absoro sonora total do recinto;S = Superfcie de medioV = Volume da sala de teste, em m3;T = tempo de reverberao do recinto de ensaio emfaixas de oitava.

Para a qualificao de um campo livresobre uma dada superfcie, a razo A/S deve sersuficientemente grande.

Se A/S > 10, no necessrio fazercorrees ambientais.

Se 6 < A/S < 10, deve-se usar a expressodada acima para determinar o fator de correoambiental K2.

Se A/S < 6, o ambiente no satisfaz osrequisitos de norma, deve-se escolher uma superfciede medio menor situada externamente ao campoprximo da fonte sob ensaio, ou melhorar o ambientede medio (isolao acstica do ambiente).

7. CRITRIOS PARA PROJETO DE UMACMARA ACSTICA

Para que um recinto de teste tenha ascondies de campo livre deve ter: Volume adequado (preferivelmente 200 vezesmaior que o volume da fonte sonora); Grande absoro sonora sobre a faixa defrequncia de interesse; Ausncia de superfcies refletoras acusticamente eoutros obstculos que se associem com a fonte sonorasob teste. Objetos que causam reflexes e estosituados dentro do recinto de teste, devem serisolados com material absorvente acstico, para evitarressonncias (Ex.: canos, braadeiras, telas,ferragens, cabos, suportes, etc.). Rudo de fundo baixo. plano refletor no deve ser menor que a projeoda superfcie de medio sobre o mesmo Pode-se usar como planos refletores pisos deconcreto , asfalto ,assoalho de madeira ou pisoladrilhado. coeficiente de absoro do plano refletor deve serinferior a 0,06 para a norma NBR7566 e inferior a 0,1para normas ISO sobre a faixa de frequncia deinteresse. A/S > 6. Fator de correo ambiental, K2, deve estar entre2 dB e + 2 dB .

8. QUALIFICAO DA CMARAACSTICA EXISTENTE NA WEG(Laboratrio Eltrico I)

A WEG possui uma cmara acstica semi-anecica com um volume de 75 m3 (5 x 5 x 3 m) e110 m2 de rea superficial, sendo composta deparedes de tijolos macios de 25 cm de espessura erevestida internamente com colches de l de vidro erevestimento superficial com carpete. O piso feitocom taco de madeira, atendo os requisitos de norma.So ensaiados atualmente nesta cmara todos os tiposde motores fabricados pela WEG Motores, ou seja,desde motores para lava-roupa at motores da carcaa355.

Na tabela do anexo B encontram-se asdimenses dos principais motores ensaiados nacmara acstica. Pode-se observar que os motores ata carcaa 315 atendem os requisitos de norma (ovolume da fonte sonora sob teste 200 vezes menordo que o volume da cmara acstica), no sendonecessrio usar o fator de correo ambiental.

Para motores da carcaa 355, foi realizadoo ensaio de comparao absoluta, onde usou-se comofonte sonora de referncia um motor da carcaa 100L

+=

SA

K 41log.10

40

com nvel de potncia sonora de 65,82 dB(A). Onvel de potncia sonora calculado usando asuperfcie de medio do motor da carcaa 355 foi de65,42 dB(A), assim sendo , o fator de correoambiental ser K= -0,4 dB(A) .

Portanto os valores de nvel de pressosonora medidos para os motores da carcaa 355devem ser acrescidos de 0,4 dB(A).

Foi realizado tambm ensaio de nvel derudo de fundo da cmara acstica, sendo que o nvelde presso sonora medido ficou em torno de 26,0dB(A).

Ensaiou-se um motor da carcaa 355 nasseguintes condies: Na cmara acstica usando a distncia de mediode 1,0 m; Na cmara acstica usando a distncia de mediode 0,75 m;

Os resultados de ensaio se encontram natabela abaixo:

Condio Nvel dePresso

Sonora dB(A)

Nvel dePotncia

Sonora dB(A)d = 1,00 m 82,40 97,12d = 0,75 m 84,07 97,28

9. CONCLUSES

Atravs deste trabalho verificou-se osprocedimentos adotados pela WEG, de acordo com asnormas de ensaios vigentes, para a realizao dosensaios de medio de nvel sonoros e os clculosutilizados para a obteno dos nveis de pressosonora e potncia sonora.

Foi feita tambm uma avaliao da cmaraacstica existente na WEG, e conclui-se que:

Pode-se ensaiar motores at a carcaa315, sem necessitar fazer correes ambientais.

Para motores da carcaa 355 necessrio somar ao nvel de presso sonora o fatorde correo ambiental K=0,4 .

Podem ser ensaiados na cmara acsticamotores que possuam nvel de presso sonora maiordo que 31 dB(A), caso contrrio o ensaio considerado invlido, pois a diferena do nvel depresso sonora medido e o nvel de presso sonora defundo menor do que 6 dB(A), no atendendo osrequisitos de norma.

A emisso de relatrios de grficos combandas de uma oitava ou 1/3 de oitavas sonecessrios, somente se solicitado pelo cliente.

No foi possvel realizar o teste dereverberao para determinao da condio decampo livre da cmara acstica, pois a WEG nopossui equipamentos especficos para este ensaio(

Ex.: fontes sonoras padres) e domnio dosprocedimentos para a realizao deste ensaio.

10. REFERNCIAS

[1] IEC 34-1, Rotation electrical machines Rotating andperformance, International Electrotechnical Commission IEC, 1996.

[2] IEC 34-9, Rotation electrical machines Noiselimits, International Electrotechnical Commission IEC,1990.

[3] IEEE std85 , Test procedure for airborne soundmeasurements on rotating eletric machinery, Institute ofElectrical and Electronic Engineers IEEE, 1973.

[4] ISO 3744, Acoustics Determination of sound powerlevels of noise sources using sound pressure Engineeringmethods in na essentially free fiels over a reflecting plane,International Organization for Standardization ISO,1994.

[5] ISO 3745, Acoustics Determination of sound powerlevels of noise sources Precision methods for anechoicand semi-anechoic rooms, International Organization forStandardization ISO, 1977.

[6] ISO 3746, Acoustics Determination of sound powerlevels of noise sources using sound pressure Surveymethods using an enveloping measurement surface over areflecting plane, International Organization forStandardization ISO, 1995

[7] ISO 1680/1, Test code for the measurement ofairborne noise emitted by rotating electrical machinery Part 1: Engineering method for free-field conditions over arefleting plane, International Organization forStandardization ISO, 1986

[8] ISO 1680/1, Test code for the measurement ofairborne noise emitted by rotating electrical machinery Part 2: Survey method, International Organization forStandardization ISO, 1986

[9] NBR 7094, Mquinas eltricas girantes Motor deInduo Especificao, Associao Brasileira deNormas Tcnicas ABNT, 1996.

[10] NBR 7565, Mquinas eltricas girantes Limites deRudo, Associao Brasileira de Normas Tcnicas ABNT, 1992

[11] NBR 7566, Mquinas eltricas girantes Nvel dorudo transmitido atravs do ar Mtodo de medio numcampo livre sobre um plano refletor, AssociaoBrasileira de Normas Tcnicas ABNT, 1982.

[12]NEMA Standarts Publication N MG 1-1993, Motorsand generators, National Electrical ManufacturersAssociation NEMA, 1993.

41

ANEXO A

PROCEDIMENTOS PARA CLCULO DOS NVEIS DE PRESSO E POTNCIASONORA PONDERADOS NA ESCALA A PARA BANDAS DE OITAVA E 1/3 DE

OITAVA

O clculo dos nveis de presso e potnciasonora, LPA e LWA , so dados pelas seguintesequaes:

Onde (LP)J e (Lw)J so os nveis na J bandade oitava ou 1/3 de oitava.

Para clculo com banda de oitava, Jmax=7 eCJ dado pela tabela abaixo:

JFrequncia centralda banda de oitava

(Hz)

CJdB

1234567

125250500

1000200040008000

-16.1-8.6-3.20.0

+1.2+1.0-1.1

Para clculo com banda de 1/3 de oitava,Jmax = 21 e CJ dado pela tabela abaixo:

JFrequncia central dabanda de 1/3 de oitava

(Hz)

CJdB

123456789

101112131415161718192021

100125160200250315400500630800

100012501600200025003150400050006300800010000

-19.1-16.1-13.4-10.9-8.6-6.6-4.8-3.2-1.9-0.80.0

+0.6+1.0+1.2+1.3+1.2+1.0+0.5-0.1-1.1-2.5

( )[ ]=

+=

max

1

1.010log10J

J

CLPA

JJPL

( )[ ]=

+=

max

1

1.010log10J

J

CLWA

JJWL

42

ANEXO B

DIMENSES CARACTERSTICAS DAS CARCAAS DOS MOTORES ENSAIADOSNA CMARA ACSTICA DO LABORATRIO ELTRICO DA FBRICA I

Carcaa l1(mm)l2

(mm)l3

(mm)S

(m2)Vmotor(m3)

Vmotor/Vcmara

(%)63 183 122 124 14.30 0.003 0,00471 205 138 140 14,61 0,004 0,00580 227 156 158 14,94 0,006 0,008

90S 243 176 178 15,28 0,008 0,01190L 268 176 178 15,40 0,008 0,011

100L 303 196 198 15,83 0,012 0,016112M 324 220 222 16,26 0.016 0,021132S 365 270 260 17,04 0,026 0,035132M 403 270 260 17,22 0,028 0,037160M 479 307 314 18,29 0,046 0,061160L 523 307 314 18,50 0,050 0,067180M 548 347 354 19,41 0,067 0,089180L 586 347 354 19,43 0,072 0,096200M 607 383 392 20,10 0,091 0,121200L 645 383 392 20,30 0,097 0,129

225S/M 705 485 480 22,07 0,164 0,219250S/M 790 485 505 22,81 0,193 0,257280S/M 905 610 590 25,12 0,326 0,435315S/M 1000 615 628 26,12 0,386 0,515355M/L 1245 760 725 29,66 0,686 0,915CmaraAcstica 5000 5000 3000 110,00 75,00 -