Massimo Garai

(1)

15/09/2005 Massimo Garai - Università di Bologna 1

Previsione e riduzione del Previsione e riduzione del rumore negli stabilimenti rumore negli stabilimenti

industriali industriali

Massimo Garai

massimo.garai@mail.ing.unibo.it http://acustica.ing.unibo.it

Sommario

¾Leggi e norme: richiami essenziali

¾Previsione: modelli e loro affidabilità

¾Riduzione: metodi e loro efficacia

(2)

Leggi e norme

¾ISO 1999

¾UNI 9432

¾D.P.R. n. 303 del 19/3/1956

¾ ¾ D. Lgs D. Lgs. N. 277 del 15/08/1991 . N. 277 del 15/08/1991

¾Direttiva del Consiglio 86/188/CE

¾ ¾ Direttiva del Parlamento e del Direttiva del Parlamento e del Consiglio 2003/10/CE

Consiglio 2003/10/CE

D.Lgs. 277/91:

Grandezze da valutare

L_Aeq,T Livello equivalente nelle zone di

lavoro

L_peak Livello di picco del rumore

LEP Livello di esposizione al rumore

(3)

D.Lgs. 277/91: Valori limite e obblighi del datore di lavoro

Provvedimento

Adottare misure tecniche, organizzative e procedurali per ridurre i rischi

LEP > 90 dB(A) oppure

L_peak> 140 dB

Fornire i DPI

Eseguire i controlli sanitari 85 < LEP < 90 dB(A)

Prescrizioni generali

Effettuare rilievi fonometrici 80 < LEP < 85 dB(A)

Direttiva 2003/10/CE: Valori limite

L. picco dB(C) L. esposizione

dB(A)

140 87

Valori limite (con DPI)

137 85

Valori superiori di azione

135 80

Valori inferiori di azione

¾Recepimento entro il 15/02/2006

(4)

Descrittore acustico da calcolare

D. Lgs. 277/91

h 8 ,

dB(A) lg

10 ₈ ₀

0 ,

, = + = L T =

T L T

L_EP_d _Aeq_T ^e _EX, _h

e

Dir. 2003/10/CE Livello di rumore

nel tempo T_e

Correzione per T_e diverso da 8 ore

Modelli acustici

¾

Progettazione acustica di nuovi ambienti

¾

Correzione acustica di ambienti esistenti

¾

Individuazione delle aree più rumorose

¾

Riorganizzazione del lay-out

¾

Valutazione dell’efficacia

degli interventi antirumore

(5)

Metodologia

1. Definire gli obiettivi (descrittori) 2. Raccogliere i dati di ingresso 3. Scegliere il metodo di previsione 4. Costruire il modello acustico 5. Eseguire il calcolo previsionale 6. Valutare i risultati

Scelta degli obiettivi

¾Livelli di pressione sonora nei posti di lavoro (puntuali)

¾Livelli di pressione sonora in ambiente (mappe)

83,4 85,5

(6)

Dati di ingresso - Ambiente

Cappottature Cappottature

Sorgenti Sorgenti

Schermi Schermi Silenziatori

Silenziatori Cabine Cabine

operatori operatori Volume (lordo

o netto ?)

Superfici (suddivisione ?)

Assorbimento acustico dei materiali (Sabine ?)

Perdite di inserzione Perdite di inserzione

(realistiche ?) (realistiche ?)

Arredi (densità Arredi (densità

media ?)

media ?) Grado di Grado di diffusione sonora diffusione sonora

Dati di ingresso - Sorgenti

¾Livello di potenza sonora

¾Direttività di emissione

¾Grado di dettaglio in frequenza:

– globale ponderato A o in bande di ottava o 1/3 ottava

¾ Suddivisione in sotto-sorgenti

(7)

Classificazione dei modelli di previsione del rumore

qualunque qualunque

qualunque Simulazione

numerica

prevalente a soffitto uniforme

con simmetrie (locali bassi e

vasti) Campo non

diffuso

uniformemente distribuito e non

elevato uniforme

regolare Campo

semidiffuso

ASSORBIMEN- TO ACUSTICO DISTRIBUZIO-

NE ARREDI FORMA

LOCALE CATEGORIA

MODELLO

Campo sonoro semidiffuso (acustica statistica)

¾¾Approssimazione drastica e poco realisticaApprossimazione drastica e poco realistica r K

L Q

L_p _W +



 

 + 

= ₂

lg 4

10 π

S A=α



 



 +

= QA

K r

16 2

1 lg

10 π

(8)

Campo sonoro semidiffuso: esempio

Amb. parallelepipedo, 1 macchina a 10 m dal posto lavoro Volume V = LxWxH = 20x10x5 m = 1000 m³ Superficie totale S = 2x(LxW+LxH+WxH) = 700 m²

125 250 500 1000 2000 4000

α medio 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

A = α x S m² 35 70 105 140 175 210

K dB 19 16 14 13 12 11

10lg(Q/4πr²) dB -28 -28 -28 -28 -28 -28

L_W dB 90 100 95 95 110 80

L_p dB 81 88 81 80 94 63

Trattamento concentrato a soffitto

→ campo sonoro non diffuso

Camera riverberante Ambiente industriale

(9)

Campo non diffuso: curva di decadimento spaziale del suono

¾Misurata

UNI EN ISO 14257

¾Calcolata

formule per campo non diffuso

L_p

r

S R

Più sorgenti: somma energetica

L₁

r L₂

r

(

¹⁰ ¹⁰ ¹⁰ ^...

)

lg

10 ¹^/¹⁰ + ²^/¹⁰ + ³^/¹⁰ +

= ^L ^L ^L

Ltot

r₁ r₂

L₃

r₃ r

(10)

Teoria di F. Bianchi per locali bassi e vasti (1974)

¾Altezza locale << lunghezza e larghezza

¾¾Assorbimento acustico concentrato a soffittoAssorbimento acustico concentrato a soffitto

¾Campo sonoro non diffuso

(

soff pav

)

^/²

m

H r

α α

α = +

>

Correz. onde cilindriche

Contributo aggiuntivo

H r H

K 3 10lg r −8,6α_m



 

 + 

=

Incidenza obliqua

Teoria di F. Bianchi per locali bassi e vasti (1974)

55 60 65 70 75 80 85 90 95

0 10 20 30 40 50 60

Distanza r , m

Lp, dB

Campo semidiffuso Teoria Bianchi

(11)

Acustica Geometrica: Sorgenti Virtuali

S R

S₁

S₂

Albero delle Sorgenti Virtuali

SV 1.2.1 SV 1.2.3 SV 1.2.4 SV 1.2.5 SV 1.2.6

SV 1.2 SV 1.3 SV 1.4 SV 1.5 SV 1.6

SV 1 SV 2 SV 3 SV 4 SV 5

SV 6.1 SV 6.2 SV 6.3 SV 6.4

SV 6.5.1 SV 6.5.2 SV 6.5.3 SV 6.5.4 SV 6.5.6 SV 6.5

SV 6 Sorgente Reale

¾Costruzione + potatura secondo criteri di visibilità:

– il punto di riflessione deve appartenere alla superficie di riflessione

– un raggio non deve essere interrotto da altre superfici

¾→ Modello poco efficiente

(12)

Acustica Geometrica: Ray Tracing

¾Energia della sorgente → divisa in pacchetti

→ raggi sonori lanciati in tutte le direzioni

S

R

¾Ricevitori = volumi finiti ≈ zona di sensibilità

¾ Modello mediamente efficiente

Ray Tracing

S

R

(13)

Ray Tracing

¾Attenuazione per divergenza geometrica → divergenza dei raggi stessi

t₁ t₂> t₁ t₃> t₂> t₁

Confronto SV-RT

Sorgenti Virtuali Ray Tracing Natura Deterministica Statistica

Metodo Indiretto Diretto

Precisione Alta Media

Ricevitori Puntiformi Volumi fittizi Tempo di

calcolo

Molto lungo Accettabile

(14)

Modelli ibridi - Vorländer (1989)

S1

3 5 1 7

R2 R5

1 6 R3 4 R1 2 R3 5

R2 R4

R1

R3 R1

R4

1 3 R5

Passo 1. Ray tracing per cercare le SV

valide

Passo 2. SV valide per calcolare i livelli ai

ricevitori

Cone tracing

S

S’ R

¾ Raggi sonori a sezione infinitesima → fasci ad apertura progressiva (coni)

¾ Ricevitori sferici →ricevitori puntiformi

(15)

Problema del “cone overlapping”

¾individuazioni multiple della stessa SV →

¾memorizzare i percorsi sorgente-ricevitore ed eliminare i duplicati

S

R

Beam tracing

Vian, van Maercke & Martin (1993)

¾ Distribuzione non uniforme dell’energia sulla sezione del fascio

¾ Le individuazioni multiple sono compensate dal minor “peso”

energetico dei bordi del fascio

¾ Overlapping “sfumato”

(16)

Pyramid tracing - Tenenbaum (1992)

¾Nessun overlapping

¾Copertura dell’angolo solido totale → copertura della superficie sferica con triangoli curvilinei

SV mancanti: correzione

0 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 1,50

Tempo (s) Captazioni per unità di tempo (s-1)

Sorgenti virtuali Teoria di Van Maercke e Martin Andamento effettivo tempo critico t_c











 −

=

− ^c₂² t corr t

e 1

) t ( ) n

t ( n

Correzione moltiplicativa

della coda riverberante

(17)

Cone-Beam-Pyramid tracing

¾Riflessione diffusa → split up dei fasci:

S

Costruzione del modello

¾Operatore competente

ha una preparazione specifica e dimostrata rispetta il protocollo operativo

¾Protocollo operativo

procedura normalizzata per eseguire tutte le

fasi di input, elaborazione, restituzione

dell’output, interpretazione

(18)

Modello 3D minimale

Superfici curve → piane

(19)

Verificare la tenuta stagna

Dati di ingresso - Sorgenti

¾Livello di potenza sonora

¾Direttività di emissione

¾Grado di dettaglio in frequenza:

– globale ponderato A o in bande di ottava o 1/3 ottava

¾ Suddivisione in sotto-sorgenti

(20)

Scelta dei materiali

Taratura del modello

Taratura del livello di pressione sonora

-1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5

0 1000 2000 3000 4000 5000

Frequenza, Hz

Media scarti, dB

+ Scarto tipo

- Scarto tipo

(21)

Accuratezza attesa

¾Finnish Institute of Occupational Health (2003)

¾Studio della modellazione acustica al computer di grandi ambienti industriali → Linee guida

¾Livello sonoro : 3 ± 2 dB (125 Hz – 4

^·

000 Hz)

¾Perdita inserz. : 2 ± 1 dB (125 Hz – 4

^·

000 Hz)

¾Tempo riverb. : 0,4 ± 0,3 s (500 Hz – 4

^·

000 Hz)

Ottimizzazione tecnica + economica

0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000

0 20 40 60 80 100 120

Ore-uomo

Costo, euro

Studio Intervento Totale

(22)

Metodi di riduzione del rumore

¾ Alla sorgente

– Selezione di processi meno rumorosi – Selezione di macchine meno rumorose

¾ Sul percorso di propagazione

– Disposizione adeguata delle sorgenti – Cappottatura delle sorgenti

– Applicazione di silenziatori – Trattamenti fonoassorbenti – Schermi acustici

– Divisori

– Antivibranti e pavimenti galleggianti

¾ Al ricevitore

– Cabine fonoisolanti per operatori – Intervalli in ambiente silenzioso – Dispositivi di protezione individuali

Processi alternativi (ISO 11690)

Stampaggio idraulico Stampaggio meccanico

Fissaggio a pressione Fissaggio con rivetti

Taglio al laser Tranciatura, punzonatura

Ossitaglio in acqua Ossitaglio al plasma

Taglio a trazione Taglio a spinta

Rastrematura/estrusione Ricalcatura con stampo

Comando elettrico Comando ad aria

compressa

POCO RUMOROSI MOLTO RUMOROSI

(23)

Disposizione delle macchine

¾Distanziare le sorgenti dalle superfici riflettenti – per ridurre al minimo le riflessioni dannose

¾Raggruppare le sorgenti più rumorose – per ridurre al minimo la zona d’influenza

¾Isolare le sorgenti più rumorose – in locali separati e trattati

¾Separare le mansioni a bassa esposizione – per es. manutenzione, imballaggio, pianificazione

¾Utilizzare comandi a distanza

– per allontanare l’operatore dalle sorgenti di rumore

Raggruppare le sorgenti più

rumorose: prima …

(24)

Raggruppare le sorgenti più rumorose: dopo

Distanziare le sorgenti dalle superfici riflettenti

W₀ W = 2⋅W₀

W = 0

W = 8⋅W₀ W = 0 W = 0

W = 4⋅W₀ W = 0 W = 0

(25)

Isolare le sorgenti più rumorose

(26)

Cabine per macchinari

Silenziatori

(27)

Valori caratteristici (ISO 11690)

3-10 dB Perdita per

inserzione, D_i Schermo +

trattamento fonoassorbente

10-20 dB Perdita per

inserzione, D_i Silenziatore

10-25 dB Perdita per

inserzione, D_i Cappottatura,

Cabina

VALORI TIPICI DESCRITTORE

DISPOSITIVO

Trattamenti fonoassorbenti:

intonaco acustico

55 60 65 70 75 80 85 90

0 10 20 30 40 50 60 70

distanza r , m

Lp, dB(A)

Prima Durante Dopo

(28)

Trattamenti fonoassorbenti:

pannelli sospesi dall’alto (baffles)

Trattamenti fonoassorbenti:

nuovo controsoffitto

(29)

15/09/2005 Massimo Garai - Università di Bologna 57 60

65 70 75 80 85 90 95 100

1 10 Distanza r , m 100

Lp, dB(A)

Prima - Misure Prima - Bianchi Dopo - Misure Dopo - Bianchi

Trattamento fonoassorbente: esempio

¾ Decadimento spaziale di L_pAin un ambiente industriale con una macchina in funzione

60 65 70 75 80 85 90 95 100

1 10 Distanza r , m 100

Lp, dB(A)

Prima - Misure Prima - Bianchi Dopo - Misure Dopo - Bianchi Dopo - Simulazione

Trattamento fonoassorbente: esempio

¾ Mappa di L_pAin un ambiente industriale dopo il

trattamento fonoassorbente e con il massimo numero di macchine contemporaneamente in funzione

(30)

Schermi acustici

¾Schermi abbinati al trattamento

fonoassorbente di soffitto e pareti

¾Attenuazione di 8- 10 dB(A)

Schermi: valori tipici di attenuazione sonora globale in ambienti bassi

6 dB 9 dB

-

> 0,5

4 dB 7 dB

10 dB da 0,3 a 0,5

- 4 dB

7 dB

< 0,3

da 1 a 3 da 0,3 a 1

< 0,3 h/H

r/H

¾h: altezza schermo - r : distanza sorgente-ricevitore

(31)

Schermi acustici

¾ gli schermi vanno posizionati in prossimità delle sorgenti o dei ricevitori

¾ gli schermi dovrebbero essere fonoassorbenti sul lato rivolto alla sorgente

¾ in ambienti molto riverberanti, schermi fortemente fonoassorbenti possono contribuire a migliorare l’assorbimento acustico totale

¾ gli schermi acustici in ambienti chiusi hanno un insertion loss molto inferiore a quello ottenibile in campo libero, a meno che non siano associati ad un trattamento

fonoassorbente delle superfici circostanti