curso acústica
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COV 6 6
INSTALAES
SUBMARINAS
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ACSTICA E VIBRAO
Professor:
Luiz Vaz
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Contedo
1. Conceitos Bsicos2. Introduo Acstica de Salas
3. Fenmenos Acsticos4. Qualidade Acstica de Salas5. Projeto Acstico
6.Critrios de Conforto
7. Exemplos
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1. Conceitos: Som
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Elementos Bsicos
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Ouvido Humano
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Curvas de Audibilidade
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2. Introduo
A Acstica de Salas tem seu debut comWallace C. Sabine, no fim do sculo 19.Instado a tentar resolver os problemas deacstica de um grande anfiteatro daUniversidade de Harvard, em Cambridge,EUA, Sabine estudou vrias salas, realizandodiversos ensaios, formulando o conceito dereverberao e concebendo uma relao
simples entre o tempo de decaimento deuma sala como funo de seu volume e suaabsoro.
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Diferentes tipos de salas requerem caractersticas acsticasdistintas:Catedral
(majestoso)
Auditrio (claro)
Sala de
concerto(envolvente)
Restaurante (ntimo)
A Acstica e os Ambientes
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3. Fenmenos Acsticos
o Reflexo
o Difusoo Absoroo Ecos e Ecos Palpitanteso Reverberao
O que acontece quando a onda sonora encontrauma superfcie?
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Reflexo
o Quando uma onda sonora encontra uma
superfcie dura e lisa (refletiva), como azulejo,mrmore, cimento etc, refletida com o mesmongulo e praticamente sem perda de energia. Aisso chamamos reflexo especular.
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Reflexo
Acstica Geomtrica
raio de incidncia = raio refletido comprimento de onda 1000 Hz
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Reflexo
Atraso = (Dr-Dd)/c
Caso1: Atraso entre 0 e 10 ms
Exemplo:
500 Hz (T=2 ms)
3 possibilidades
:
Em fase:
NPSfinal3 dB maior
Fase = 90o(delay=0,5 ms)
NPSfinal1,5 dB maior
Fase = 180o(delay=1,0 ms)
NPSfinal0 dB(cancelamento)
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Reflexo
Caso 2: Atraso entre 10 e 30 ms
Efeito da Precedncia
Consiste na impresso de queexiste apenas o som direto.Entretanto, o som refletido estcontribuindo para o Nvel
Global;
Auditrios:
A direo aparente da fonteest no orador, mas as reflexescontribuem para a amplitude dosom.
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Reflexo
Ecos
Caso 3: Atraso acima de 80 ms
Distncias de cerca de 27,5 m (idae volta) produzem Eco
Flutter Echo (Ecos Flutuantes) Caso 4: Atraso entre 50ms e 80ms
Afeta inteligibilidade da fala
Promove cancelamentos de ondassonoras
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Reflexo: Barreiras
Perda de transmisso depende da altura efetiva e ngulo desombra
Eficincia mxima quando altura da barreira maior do que fonte ereceptor
Eficincia maior quando a barreira se aproxima da fonte ou doreceptor
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Difuso
o Nvel homogneo de presso sonora no ambienteo Campo difuso impossibilita identificar direo da fonte sonorao Especialmente vantajosa em locais com uso de microfoneo Cmara ReverberanteParedes reflexivas no paralelaso Placas de dimenso igual ao comprimento de onda que se
deseja promover a difuso 70 cm para freqncia de 500 Hz
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Difrao
Mudana sofrida na direo de uma onda sonora, devido ao seuencontro com um obstculo, contornando-o;
Depende da relao entre o comprimento de onda e o tamanho doobstculo;
Para pequenas frestas, a abertura passa a funcionar como se fosse
um novo centro de propagao sonora;
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Absoro
o Parte da energia sonora que retida no material sob a forma decalor;
o Sempre ocorre junto com a reflexo da onda sonora;o Absorver a onda no significa destru-la;
o A absoro ocorre de maneiras diferentes, podendo assim osabsorvedores serem classificados como:
Absorvedores Porosos Absorvedores de Membrana Ressonadores
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Absorvedores Porosos
o Quando a onda sonora incide sobre uma superfcie porosasofre, entre as fibras do material, uma srie de reflexes. Aperda de energia to grande que o som pouco devolvido aoambiente;
o Para comprimento de onda pequeno (freqncias altas), osmateriais porosos so bons. Para comprimentos longos, acamada porosa torna-se transparente, o que reduz muito aeficincia do absorvedor;
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Absorvedores de Membrana
o Superfcies vibrantes, chamadas membranas, absorvem som debaixa freqncia;
o Para evitar a re-irradiao do som costuma-se colar superfcie
interna das membranas alguns materiais que atuam comoamortecedores de vibrao;
o L de vidro, feltro grosso, tecidos impregnados;
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Absorvedores de Membrana
Mecanismo Reativo
Presso sonora faz painelvibrar que dissipa energiasob forma de calor
Maior eficincia nas baixas
freqncias
Mecanismo Resistivo
Dissipao de energia pelocontato direto entre painele parede
Maior eficincia nas mdiase altas freqncias
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Coeficiente de Reduo
Sonora
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Ressonadores
o Ressonadores de Helmholtz derivam da ressonncia de umamassa de ar quase presa num recipiente;
o Dependendo do tipo de absoro necessrio, deve-se usarmais ou menos absorvedor dentro da cavidade ressonante;
o Alm de estruturas derivadas de garrafas, podem ser usadasplacas perfuradas;
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Ressonador de Helmholtz
Experimentos:
Sopro em garrafas vazias;
Enchimentos de garrafascom lquidos;
Vrios ressoadores paraabsoro em maior faixa defreqncia;
F resson = (c / 2 pi) x(S/LxV)1/2
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Absorvedores
Porosos
Absorvedores
de Membrana
Ressonadores
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Reduo Sonora (absoro)
Configurao: Teto baixo e Mquinas bem espaadas
Efeito:
O tratamento do teto reduz apenas a parcela de rudo reverberante,
no reduzindo a parcela de som direto.
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Reduo Sonora (absoro)
Configurao: Teto alto e Mquinas prximas
Efeito:
O tratamento do teto pouco efetivo, pois existe predominncia dosom
direto.
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Reduo Sonora (absoro)
Configurao: Mquina parcialmente enclausurada
Efeito:
1- O rudo reverberante pode ser maior do que o som direto dealgumas mquinas;
2- Reduo do tempo de reverberao torna o rudo mais direcional,permitindo aos trabalhadores ficarem mais atentos s suasmquinas
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Perda na Transmisso (TL)
TL = 20 log M f 47.4
Lei das Massas:
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Transmisso Sonora
Sound Transmission Class ovalor da perda de transmissona freqncia de 500 Hz;
A Transmisso Sonora variacom: Massa 6 dB / massa
duplicada
Freqncia6 dB / oitava
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Transmisso Sonora
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Transmisso Sonora
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Classe de Transmisso Sonora
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Transmisso Sonora (STC)
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Transmisso Sonora
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Transmisso Sonora
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Transmisso Sonora
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Transmisso Sonora
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Reverberao
o Se em um ambiente fechado, as paredes forem difusoras, existirorebatimentos difusos e reflexes no repetitivas, com atrasos osmais variados possveis;
o Esses atrasos vo de milsimos at dcimos de segundo e assim,
no possvel sentir nenhum tempo definido entre reflexes;
o A impresso audvel de um prolongamento do som da fonte, eno de repetio ou de eco;
o A reverberao pode produzir desde o enriquecimento at odesastre total do som.
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Observe como a palavra
BARCO percebida (sem reverberao)
e como a mesma palavra
BARCO ouvida com reverberao
Exemplo de Reverberao
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Tempo de Reverberao
Tempo de decaimento (s) de 60 dB a partir da interrupo dafonte
o Sabine:
o Eyring:
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1. Catedral
Decaimento
Alto Tempo de Reverberao
Exemplo
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Exemplo
2. Sala deconcertos
Decaimento
Tempo de Reverberao Mdio
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Exemplo
3. Sala deconferncia
Decaimento
Tempo de Reverberao pequeno
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Volume da Sala m
3
)
T
m
p
d
R
b
a
o
s
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Aspectos Subjetivos do Som
o Salas de concerto Clareza
Envolvimento Intimidade
Audibilidade
o Anfiteatros e Salas de Aula Inteligibilidade
4. Qualidade Acstica de Salas
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Resposta Impulsiva da Sala
o Som diretoo Primeiras reflexes
o Reverberao
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Auralizao
Realidade virtual acstica
De posse da Resposta Impulsiva de uma sala possvel,atravs de sua convoluo com o sinal emitido pela
fonte em campo livre, ouvir como seria esse mesmo sinalse emitido dentro da sala, processo conhecido comoauralizao, que de grande ajuda para o projeto
acstico.
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Auralizao
Condies de Campo Livre: Cmara Anecica
Fala: Campo Livre
Msica: Campo Livre
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Auralizao
Exemplo 1: Grundvig Church Denmark Dimenses principais 63m x 30m x 20m
Tempo de Reverberao 12,5 s (63 Hz) 1,4 s (8 KHz)
Fala
Msica
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Auralizao
Exemplo 2: Compton Verney Opera England
Fala
Msica
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T60 Exemplo: Salas UFRJ
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T60 Exemplo: Salas UFRJ
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T60 Exemplo: Salas UFRJ
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T60 Exemplo: Salas UFRJ
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T60 Exemplo: Salas UFRJ
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Parmetros Adicionais
o Tempo de decaimento inicial
o Uniformidade
o Intensidade do som direto
o Frao de energia lateral
o Rudo de fundo
o Clareza (msica) e Definio (fala)
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Acstica Modal
Modo Axial(4,0,0)
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5. Projeto Acstico
o Estabelecer rudo mdio admissvel
o Identificar as fontes de rudoo Calcular os tempos de reverberaoo Calcular o isolamento acsticoo Calcular o nvel de rebaixamento do rudo interno
Objetivos:
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A geometria no Projeto
Acstico Grandes Sales
o Retangular
o Leque
o Ferradura
o Hexgono Alongado
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Problemas mais comuns em
salas
o Focos acsticoso Efeito Coquetelo Ecoso Flutter echoes Ecos Palpitantes
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Focos Acsticos
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Focos Acsticos
Comunicao verbal em um
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Reverberante
Presena de ecospalpitantes
ambiente
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Amortecido
Boa inteligibilidade
Comunicao verbal em um
ambiente
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Consideraes de Projeto
Pequenos e Mdios Auditrios
o Palco: refletor, de forma a direcionar o som para opblico;
o Teto: refletor prximo ao palco e absorvente no fundodo auditrio;
o Paredes laterais: no paralelas (ecos e flutter echoes);
o Parede do fundo: no deve ser cncava (focosacsticos). Se o for, revesti-la de material absorvente;
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Consideraes de Projeto
Grandes Sales de Concerto
o o Evitar audincias com mais de 3000 lugares, onde torna-
se difcil atingir com bastantes reflexes todos osouvintes;
o Procurar materiais que permitam um maior TR60nasbaixas freqncias;
o Buscar um layout da audincia que permita um grande
nmero de primeiras reflexes, especialmente laterais. Senecessrio, colocar superfcies refletoras ao redor damesma;
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Difusores em um auditrio
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o Cadeiras do tipo poltrona, de preferncia estofadas, paraaumentar a superfcie de absoro;
o Alas e passagens revestidas com tapetes comuns ou deborracha ou outro material absorvente;
o Paredes simples ou duplas e lajes espessas e pesadas paraisolar o rudo externo;
Recomendaes Gerais
Auditrios e Sales de
Concerto
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Sistemas Eletroacsticos
o Melhorar a versatilidade das salas;
o Distribuir melhor e amplificar o som em grandesauditrios e aeroportos;
o Sistema de comunicao ou msica de fundo emfbricas e escritrios;
Inteligibilidade
Clareza / Musicalidade
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Estimativa da Potncia Eltrica
=
conferncia 4 bar
msica leve, restaurante, etc 8 bar
concerto e msica pesada 12 bar
Valores de presses recomendadas para salas:
P V . p2300 TR60
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6- Critrios de Conforto: ABNT
NB95
Descrio do ambiente Rudo TotaldB(A)
Hospitais
Apartamentos, Enfermarias, CentrosCirrgicos
35 45
Laboratrios, reas para uso do pblico 40 50
Servios 45
55
Escolas
Bibliotecas, Salas de msica, Salas dedesenho
35 45
Salas de aula, Laboratrios 40 50
Circulao 45 55
Hotis
Apartamentos 35 45
Restaurantes, Salas de Estar 40 50
Portaria, Recepo, Circulao 45 55
Residncias
Dormitrios 35 45
Salas de estar 40 50
Auditrios
Salas de concertos, Teatros 30 50
Salas de Conferncias, Cinemas, Salas
de uso mltiplo
35 45
Restaurantes 40 50
Escritrios
Salas de reunio 30 40
Salas de gerncia, Salas de projetos ede administrao
35 45
Salas de computadores 45 65
Salas de mecanografia 50 60
Igrejas e Templos (Cultos meditativos) 40 50
Locais para esporte
Pavilhes fechados para espetculos eatividades esportivas
45 60
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Curvas Critrio de Rudo (NC)
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Confort Class - DNV
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Exemplo 1
Auditrio Topzio - MINASCENTRO
Volume: 12 750 m3
TR60= 1 s
= 680 WV . p2
300 TR60=P
Exemplo 2
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Isolamento
A adio de absoro em um ambiente melhora suas caractersticas acsticas internas(reduo da reverberao e aumento da inteligibilidade - fatores ligados qualidade do
som e sua distribuio em salas).
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Exemplo 3
Absorvedor de membrana
Calcular a freqncia de ressonncia de uma chapa decompensado de 5mm de espessura forrada com l de vidro de25mm de espessura e densidade de 30 Kg/m, montada a 16 cmda parede.
madeira = 800 kg/m
Densidade Sup.:(800x0,005) +(30x0,025) = 4,75 Kg/m
fR= 60 = 68,82 Hz
(Dens.Sup.x distncia da parede)1/2
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Exemplo 4
Absorvedor de membrana
o Para calcular a distncia necessria para sintonizar umamembrana de densidade conhecida em uma freqncia, emuma freqncia qualquer de interesse:
d = 3600
M x fr
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Exemplo 5
T60 iguais Sonoridade diferente
Nmero de reflexes em mdia que o som sofre durante um
TR60de 2,4 segundos?
Volume da sala 1 e 2 : 2240 mSuperfcie da sala 1 : 1104 m(salas de mesmo volume e reas
sup
Superfcie da sala2 : 1336mdiferentes possuem sonoridadedistintas)MFP da sala 1 : 4x2240 / 1104 = 8,1 m (Mean Free Path)MFP da sala 2 : 4x2240/1336 = 6,7 m
Sala 1 : 20 x 14 x 8 m3Sala 2 : 28 x 16 x 5 m3
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Exemplo 5
Soluo
Tempo mdio entre reflexes :Sala 1 = 8,1/ 344 = 23,6 msSala 2 = 6,7 / 344 = 19,5 ms
Reflexes durante o TR60:
Sala 1=2,4 / 23,6 = 102 reflexesSala 2 =2,4 / 19,5 = 123 reflexes
- As salas 1 e 2 possuem mesmo T60- Porm a sala 2 tem reverberao mais densa, isto , com
mais reflexes- O nmero de reflexes define sonoridade do ambiente
Exemplo 6
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Clculo de NPS
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Exemplo 6
Soluo
Exemplo 6
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Soluo
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Parte 2: Rudo em Navios e
Plataformas Offshore
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Rudo de Propulsores e
Motores
Desbalanceamento esttico, dinmico ou hidrodinmico dopropulsor e eixo causam rudo de baixa freqncia;
Cavitao provoca rudo de baixa e alta freqncia;
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Rudo de Sistema Hidrulico
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Rudo em Acomodaes
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Identificao de Fontes de
Rudo
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Regulamentao
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Predio de Rudo
Propagao do rudo em estruturas de
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ao
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Piso Flutuante
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Sistema Piso-Teto
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Predio de Rudo Estrutural
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Predio de Rudo Estrutural
Rudo Areo: Fatores
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Importantes
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Predio de Rudo Areo:
Modelo
Predio de Rudo Areo:
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Resultados
Predio de Rudo Areo:
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HVAC
Rudo Sistemas de Ventilao
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(HVAC)
Rudo Sistemas de Ventilao
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(HVAC)
Rudo Sistemas de Ventilao
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(HVAC): Boas Prticas
Rudo Sistemas de Ventilao
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(HVAC): Airborne Noise
Rudo Sistemas de Ventilao
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(HVAC): Structureborne Noise
Rudo Sistemas de Ventilao
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(HVAC): Breakout Noise
HVAC: Caso de Estudo
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Sistema Original
HVAC: Caso de Estudo
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Sistema Original
HVAC: Caso de Estudo
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Sistema Original
HVAC: Caso de Estudo
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Configurao Modificada
HVAC: Caso de Estudo
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Configurao Modificada
HVAC: Caso de Estudo
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Concluses
Duas principais alteraes de caractersticas geomtricasso antagnicas: Aumento do comprimento dos dutos Aumenta Atenuao
Sonora e Aumenta Perda de Carga;
Aumento da Variao de rea entre Sees AumentaAtenuao Sonora e Aumenta Perda de Carga;
Uma alterao benfica simultaneamente para o sistemade ar e para atenuao sonora Aumento da rea seccional do duto Aumenta Atenuao
Sonora e Reduz a Perda de Carga;
Estudo de Casos de Rudo
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Vibrao
Projetos realizados pela equipeLEME-COPPE-UFRJ
Exemplo 1 Empurrador Norsul
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Caravelas
Exemplo 1 Empurrador Norsul
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Caravelas
Exemplo 1 Empurrador Norsul
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7/26/2019 Curso Acstica
117/132
Caravelas
Exemplo 1 Empurrador Norsul
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7/26/2019 Curso Acstica
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Caravelas
Anlise: Navio destinado a servir de meio de propulso para
embarcao de maior porte Mquinas de grandepotnciaproblema de rudo em espaos prximos aPraa de Mquinas torna-se crtico;
O nvel de isolamento termo-acstico empregado o usual.
Entretanto, a particularidade da embarcao destacada noitem anterior deve ser responsvel pelo alto nvel de rudoencontrado;
Recomendaes: Substituio da configurao material de isolamento +
chapa de ao existente nas anteparas dos compartimentos
pela configurao material de isolamento + espao de ar +chapa de ao;
Verificao da qualidade do isolamento termo-acsticoempregado nas superfcies das chamins e afastamento,tanto quanto possvel, da chamin em relao regio deacomodaes;
Exemplo 2 Turbo-Compressor
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Plataforma P-12
Exemplo 2 Turbo-Compressor
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Plataforma P-12
Exemplo 2 Turbo-Compressor
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Plataforma P-12
Exemplo 3 Navios Aliviadores
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Cartola e Ataulfo Alves
Exemplo 3 Navios Aliviadores
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Cartola e Ataulfo Alves
Exemplo 3 Navios Aliviadores
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Cartola e Ataulfo Alves
Exemplo 3 Navios Aliviadores
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Cartola e Ataulfo Alves
Frequncias de Excitao
0
10
20
30
40
50
60
70
1aMCP
1aMCA
1aProp
1,5aMCA
2aMCP
2aMCA
2aProp
2,5aMCA
3aMCP
3aMCA
3aProp
ordem
Frequ
ncia
[Hz]
Frequncias Naturais
17
17,5
18
18,5
19
19,5
20
1o
Modo
2o
Modo
3o
Modo
4o
Modo
5o
Modo
6o
Modo
Modos de Vibrao
Frequn
cia
[Hz]
Exemplo 3 Navios Aliviadores
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Cartola e Ataulfo Alves
Exemplo 4 Ventiladores Sist
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Gs Inerte FPSO 2
Vista Frontal
Vista LateralVista Superior
1
2
33
12
4
4
2
Fan Inert Gas
Fabricante: Siroco Eng. Works Belfast
Potncia: 101 KW
Rotao: 3560 rpm
V
TT
A
Exemplo 4 Ventiladores Sist
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Gs Inerte FPSO 2
Exemplo 5 Linhas de Eixo
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Navio RSV Salgueiro
Cx Redutora
Antepara
#1
2o Intermedirio1o Intermedirio MCP
Propulsor
#3#4#5
#2
R Tubo Telescpico
Vante Tubo Telescpico
Exemplo 5 Linhas de Eixo
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Navio RSV Salgueiro
Exemplo 5 Linhas de Eixo
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Navio RSV Salgueiro
Transmisso Sonora
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7/26/2019 Curso Acstica
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Sound Transmission Class ovalor da perda de transmissona freqncia de 500 Hz;
A Transmisso Sonora variacom: Massa 6 dB / massa
duplicada
Freqncia6 dB / oitava