calculo de atenuacion para altavoz-comentarios

CONTRATO: “SERVICIOS DE INGENIERÍA DE PROYECTOS, ELABORACIÓN Y ACTUALIZACIÓN DE INFORMACIÓN TÉCNICA MEDIANTE INGENIERÍA CONCURRENTE

PARA INSTALACIONES DEL ACTIVO INTEGRAL ABKATUN POL CHUC”.

PEMEX EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN

ACTIVO DE PRODUCCION ABKATUN POL CHUC

“COMPLEMENTO DE LA INGENIERÍA MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE INTERCOMUNICACIÓN Y VOCEO DE ALARMAS AUDIBLES DEL CENTRO DE

PROCESO POL-A”

MEMORIA DE CÁLCULO SISTEMA DE INTERCOMUNICACIÓN, VOCEO Y ALARMA AUDIBLES

1 SEP/12 APROBADO PARA CONSTRUCCIÓN ING. R.I.C.U. ING. J.M.A.L. ING. M.J.M.C.

0 DIC/11 APROBADO PARA CONSTRUCCIÓN ING.A.B.C. ING.V.A.M.M ING.H.C.M.

Rev Fecha Descripción Realizo Reviso AprobóConsecutivo/OT No. de Contrato No. de partida:

805-010-2012 428232805 2

Número del documento: Disciplina: Titulo:

MC-805-010-M-001 TELECOMUNICACIONES MEMORIA DE CÁLCULO.

Rev.: No. de Contrato No. de partida:

1 428232805 2Número del documento: Disciplina: Titulo:

MC-805-010-M-001 TELECOMUNICACIONES MEMORIA DE CÁLCULO

CONTENIDO

i. LISTA DE REVISIÓN 3

1. ANTECEDENTES. 4

2. OBJETIVO. 4

3. ALCANCES. 4

4. FUNDAMENTOS TEÓRICOS. 4

5. CÁLCULOS. 7

6. CONCLUSIONES. 16

7. BIBLIOGRAFIA. 18

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i.- LISTA DE REVISIÓN

1. Se agrega indicativo de Lista de Revisión (i) al Contenido del documento2. Se agrega la LISTA DE REVISIÓN al documento3. En la página 12 y 13 se agregan los cálculos correspondients a la intensidad de sonido, para los

Niveles 2 y 3 de la Plataforma Habitacional4. En la página 14 y 15 se agregan los cálculos correspondientes a la intensidad de sonido, para la

Plataforma Compresión Subnivel, Nivel 1, Nivel 2, Nivel 3 y Nivel 4, así mismo la Plataforma Temporal Subnivel, Nivel 2, Nivel 3, Plataforma de Perforación, y los puentes Plataforma Compresión – Quemador y Plataforma Temporal – Quemador.

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1. ANTECEDENTES.

Debido al crecimiento de las necesidades operacionales del Centro de Proceso POL-A y para mantener los niveles de producción de hidrocarburos y la infraestructura de instalaciones costa afuera, ha llevado a Pemex Exploración Producción a la necesidad de modernizar sus instalaciones con la finalidad de continuar operando de manera segura y eficiente.

Esta modernización de instalaciones incluye sistemas de seguridad, los cuales tienen por objetivo salvaguardar la integridad física del personal así como la de la propia infraestructura.

La diversidad de sistemas de comunicación con que cuenta, además de ser considerada como estratégica, juega un importante papel en la seguridad, por el papel que desempeñan las comunicaciones en la operación y coordinación de tareas preventivas, así como de respuesta a emergencias, sean estas reales o simuladas.

Bajo este contexto, en la actualidad, la tecnología avanza a grandes pasos y junto con ella la normatividad de la empresa; por lo que Petróleos Mexicanos necesita vigilar la adecuada operación de sus procesos y en consecuencia la modernización derivado de esto el actualizar sus sistemas de seguridad cuando estos presenten fallas continuas, que en este caso son del Sistema de Intercomunicación, Voceo y las botoneras de las alarmas audibles de las áreas Industrial y Habitacional del Centro de Proceso POL-A.

2. OBJETIVO.

El objetivo es establecer los parámetros, criterios y consideraciones para la cobertura acústica que deberán tener los altavoces a instalar dentro del proyecto “Modernización de los Sistemas de Intercomunicación y Voces y Alarmas Audibles del Centro de Proceso Pol-A”.

3. ALCANCES.

Este documento aplica para todo el sistema de intercomunicación y voceo tipo supervisado que se instala por proyecto en el centro de proceso POL-A, integrando las plataformas siguientes: Compresión con sus 4 niveles, Temporal con 3 niveles, Enlace con 2 niveles, Perforación con 1 nivel, Telecomunicaciones con 1 nivel y Habitacional con sus 5 niveles.

4. FUNDAMENTOS TEÓRICOS.

El sonido es una variación de presión del aire, originada por una fuente emisora, que puede ser percibida por el oído humano. Es imprescindible que esta variación se encuentre dentro de un margen de frecuencias para las que el oído está preparado. El oído humano puede percibir sonidos de entre 20 Hz y 20 kHz aproximadamente.

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La medida para medir el sonido son los decibelios el cual es una medida muy adaptada a la percepción del oído humano, porque éste no se comporta de forma lineal, sino que se ajusta más a lo que podría ser una función logarítmica. El dB es la unidad que mejor expresa la respuesta del oído humano. El valor de 0 dB corresponde al umbral de audición y equivale a una presión sonora de 20 µPa. Por otro lado, el umbral del dolor se situaría en torno a los 120 dB que corresponde a 20 Pa.

El cambio de sonoridad más pequeño que podemos apreciar es de 1 dB aproximadamente, mientras que un cambio de presión acústica de dos veces corresponde a 6 dB, sin embargo, el oído necesita un aumento de 10 dB para notar una sonoridad doble que la anterior. Otro concepto importante que hay que aclarar es el aumento del nivel de presión sonora, referido, por ejemplo, al empleo de altavoces. El aumento del nivel de presión sonora, SPL, se define como la relación entre la potencia de entrada suministrada a cierto altavoz y una potencia de referencia (generalmente, 1 W a1 m de distancia) afectada lógicamente, por la función logarítmica.

Al alejarnos de la fuente sonora el sonido se atenúa gradualmente, a razón de -6 dB al duplicar la distancia (si se trata de una fuente puntual) y de -3 dB (si es una fuente lineal). El nivel sonoro producido por un altavoz decrece al ir alejándonos de él. En el caso de un altavoz cuyas ondas sonoras se propagan de forma esférica, la potencia se reparte en superficies que crecen con el cuadrado de su distancia al centro, por lo que la intensidad sonora decrece rápidamente (-6 dB) cada vez que duplicamos la distancia.

Este último caso es el que aplica para nuestro uso la atenuación de una fuente puntual, debido a que se están utilizando altavoces tipo trompeta en los cuales la superficie que atraviesa el haz sonoro crece según el cuadrado de la distancia al altavoz, por lo que el nivel sonoro decrece rápidamente.

ATENUACION DEL SONIDO CON LA DISTANCIA

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Por lo tanto podemos encontrar una expresión matemática que nos permita calcular el valor de la atenuación con respecto a la distancia tomando en cuenta lo dicho anteriormente esta expresión debe ser del tipo logarítmica.

Valor de la atenuación:

Fuente puntual (altavoz tipo trompeta): At = 20 log d

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Donde:d= distancia a la que se encuentra el oyente de la fuente de sonido.




5. CÁLCULOS.

De la fórmula para la atenuación del sonido At = 20 log d calculamos la perdida de sonido que tendrán los altavoces a instalar por proyecto tomando un nivel de presión sonora (SPL pos sus siglas en ingles) de 100 dB máximos a los cuales estarán calibradas las estaciones exteriores e interiores que para nosotros sería la fuente emisora del sonido y tomando en cuenta que las estaciones son inteligentes capaces de autocalibrar el rango de sonido de salida ya sea 10 dB arriba o 10 dB abajo del ruido del fondo existente en el área.

Por lo tanto para fines prácticos utilizaremos el rango máximo de salida que tendrán configurado las estaciones que será de 100 Db de nivel de presión sonora SPL.

→de At=20 log d

Calculamos la atenuación para una distancia de 1 metro:

At=20 log (1 )=0

Restamos el valor de la atenuación obtenido al nivel de presión sonora de la fuente 100 dB para obtener la pérdida total en decibeles.

∴SPL=100−0=0 dB

Calculamos la atenuación para una distancia de2 metros:

At=20 log (2 )=6

Restamos el valor de la atenuación obtenido al nivel de presión sonora calibrado 100 dB para obtener la pérdida total en decibeles.

∴SPL=100−6=94dB

Calculamos la atenuación para una distancia de 3 metros:

At=20 log (3 )=9.5


∴SPL=100−9.5=90.5dB


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At=20 log ( 4 )=12


∴SPL=100−12=88dB


At=20 log (5 )=14


∴SPL=100−14=86dB


At=20 log (6 )=15.5


∴SPL=100−15.5=84.5dB


At=20 log (7 )=16.9


∴SPL=100−16.9=83.1dB


At=20 log ( 8 )=18

Restamos el valor de la atenuación obtenido al nivel de presión sonora calibrado 100 dB para obtener la perdida total en decibeles.

∴SPL=100−18=82dB


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At=20 log ( 9 )=19


∴SPL=100−19=81dB


At=20 log (10 )=20


∴SPL=100−20=80dB


At=20 log (11 )=20.8


∴SPL=100−20.8=79.2dB


At=20 log (12 )=21.5


∴SPL=100−21.5=78.5dB


At=20 log (13 )=22.2


∴SPL=100−21.5=77.8dB


At=20 log (14 )=22.9

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∴SPL=100−22.9=77.1dB


At=20 log (15 )=23.5


∴SPL=100−23.5=76.5dB


At=20 log (16 )=24


∴SPL=100−24=76dB

TABLA DE RESULTADOS

DISTANCIA DE LA FUENTE (ALTAVOZ) EN METROS.

ATENUACION DEL SPL EN dB

PERDIDA DE SONIDO EN CAMPO dB

A 1 METRO 0 100

A 2 METROS 6 94

A 3 METROS 9.5 90.5

A 4 METROS 12 88

A 5 METROS 14 86

A 6 METROS 15.5 84.5

A 7 METROS 16.9 83.1

A 8 METROS 18 82

A 9 METROS 19 81

A 10 METROS 20 80

A 11 METROS 20.8 79.2

A 12 METROS 21.5 78.5

A 13 METROS 22.2 77.8

A 14 METROS 22.9 77.1

A 15 METROS 23.5 76.5

A 16 METROS 24 76

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Debido que en los 4 niveles de la plataforma de compresión, los 3 niveles temporal y los 5 puentes de unión entre las plataformas existe un ruido excesivamente elevado a diferencia del resto de las plataformas del centro de proceso POL-A, será necesario calibrar los equipos a un nivel sonoro más alto para compensar esta diferencia, tomando en cuenta que un nivel sonoro de 120 dB ya puede causar daño auditivo solo podríamos subir el nivel propuesto en 10 dB por lo tanto los equipos instalados en esta plataforma y sus 4 niveles deberán ser calibrados a 110 dB como rango máximo de salida.

Así que calculamos la perdida por atenuación de este nivel sonoro y para fines prácticos solo se hará en los niveles críticos de decremento de sonido esto es cada vez que se duplica la distancia “d” de la fuente o sea para 2, 4, 8 y 16 metros.

Dado que la atenuación para una distancia de1 metro:

At=20 log (1 )=0

Por lo tanto no hay pérdida por atenuación

Entonces calculamos la atenuación para una distancia de 2 metros:

At=20 log (2 )=6


∴SPL=110−6=104dB


At=20 log ( 4 )=12


∴SPL=110−12=98dB


At=20 log ( 8 )=18


∴SPL=110−18=92dB

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At=20 log (16 )=24


∴SPL=110−24=86dB

TABLA DE RESULTADOS COMPRESIÓN, TEMPORAL Y 5 PUENTES

DISTANCIA DE LA FUENTE (ALTAVOZ) EN METROS.

ATENUACION DEL SPL EN dB

PERDIDA DE SONIDO EN CAMPO dB

A 1 METRO 0 dB 110 dB

A 2 METROS 6 dB 104 dB




Generalmente, en los sistemas de amplificador distribuido, se sugiriere de 8 a 16 ohmios por amplificador en entornos de ruido (por encima de 85 dB). Cuando el nivel de ruido puede ser ligeramente superior, dos altavoces 16 ohmios se pueden utilizar para cada amplificador. Por último, en áreas interiores menos ruidosas tales como la plataforma Habitacional y Telecom’s, se pueden instalar altavoces de 4 a 8 ohmios para un solo amplificador. Tenga en cuenta que cuando un solo amplificador está vinculado a dos o más altavoces, la potencia total se mantiene constante y debe ser dividido entre los altavoces.

Para asegurar el correcto funcionamiento de las Estaciones, es necesario establecer los altavoces de los equipos de voceo en un nivel de 6 a 10 dB más alto que el sonido en los alrededores.

La mayoría de los tipos de ruido industrial tienden a ocultar las frecuencias dentro del rango del habla, por lo que es vital que los altavoces funcionen a un nivel sonoro más alto. Para lograr la relación de 6 a 10 dB, es indispensable que el altavoz se coloque lo más cerca posible de la fuente de ruido.

La posición es importante por dos razones:

1.- A medida que se aleja de una fuente de sonido, el nivel de presión sonora bajará (atenuar) aproximadamente 6 dB. Por lo tanto, si el altavoz y la fuente de ruido están muy próximos entre sí, tanto altavoz y ruido de salida se atenúa a la misma velocidad.

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2.- Si un altavoz está demasiado lejos de la fuente de ruido principal, y el personal está cerca del ruido será incapaz de oír la emisión por el ambiente ruidoso.

Considerando la reubicación de los equipos de voceo en las plataformas de Habitacional Segundo nivel y tercer nivel, el Subnivel del centro de proceso POL-A por lo consiguiente es indispensable calibrar los nuevos equipos a niveles sonoros más bajos a los 100 dB de presión sonora de 2, 4, 8 metros de distancia.


At=20 log (2 )=6

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∴SPL=100−6=94dB


At=20 log ( 4 )=12


∴SPL=100−12=88dB


At=20 log ( 8 )=18


∴SPL=100−18=82dB

Considerando la adecuación de nuevos equipos de voceo en las plataformas de Perforación, el subnivel, y el segundo nivel de Temporal, el subnivel y los 4 niveles de Compresión, el Puente Compresión Quemador y el Puente Temporal-Quemador existe niveles de ruidos muy elevados a diferencia de la plataforma Habitacional y Telecomunicaciones del centro de proceso POL-A por lo consiguiente es indispensable calibrar los nuevos equipos a niveles sonoros más altos para compensar esta diferencia, no olvidando que un nivel sonoro de 120 dB puede causar daños auditivos por lo tanto solo podría subirse a partir de los 100 dB unos 10 dB por debajo de los 120 dB.

Así que deducimos la pérdida por atenuación para 2, 4, 8 y 16 metros de niveles sonoros para fines prácticos:

Dado que la atenuación para una distancia de1 metro:

At=20 log (1 )=0Por lo tanto no hay pérdida por atenuación

Entonces calculamos la atenuación para una distancia de 2 metros:

At=20 log (2 )=6

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∴SPL=110−6=104dB


At=20 log ( 4 )=12


∴SPL=110−12=98dB


At=20 log ( 8 )=18


∴SPL=110−18=92dB


At=20 log (16 )=24


∴SPL=110−24=86dB

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6. CONCLUSIONES.

De lo que podemos observar por los resultados obtenidos es que si existe concordancia con lo mencionado en la teoría, que cada vez que se duplica la distancia existe una pérdida de -6 dB de la fuente de sonora y debido a esto tomaremos únicamente los casos en que las distancias son el doble de la anterior 2, 4, 8 y 16 metros ya que para los otros casos la atenuación es muy poca para considerarse.

Y tomando en cuenta que el fabricante del altavoz indica que estos tienen un ángulo de cobertura mayor a 90º, por lo tanto el grafico de los resultados para la plataforma Temporal, Enlace, Perforación, Habitacional y Telecomunicaciones quedaría de la siguiente forma:

El fabricante del altavoz sugiere varios ángulos de cobertura para los diferentes tipos de altavoz como son: 1.-Altavoz trompeta ángulo amplio: Coberturas para ángulos mayores de 90º tanto en interiores como exteriores para áreas amplias.

2.-Altavoz trompeta ángulo estrecho: usados para coberturas de ángulos menores que 90º en donde debe ser muy direccional la cobertura con la ventaja de cubrir distancias mas largas que el primero mencionado, también utilizado en interiores donde exista obstrucción para la fuente sonora y pueda haber reverberación (efecto Doppler y eco en señales coherentes).

3.-Altavoces de cono, trabajan a frecuencias más allá que las dos anteriores más bajas y más altas, pero se restringen a alturas por debajo de los 20ft (6.09m) debido a que su potencia es menor y su construcción es menos resistente a la intemperie, por lo que no se recomiendan para exteriores.

---Observación---Por lo anterior descrito y sabiendo que dos ondas que se encuentren en fase sumarán sus amplitudes considerando que se va a transmitir la misma señal en aproximadamente el mismo tiempo, donde haya traslape de ondas se alteraran las densidades en base a principios logarítmicos, además el ruido ambiental existente degrada y enmascara el sonido del altavoz por lo que debe considerarse en los cálculos, sabiendo que para que un sonido sea entendible debe estar por lo menos por encima de 10dB del ruido indeseable.

El diagrama sugerido por el fabricante para el criterio de la perdida en decibeles está basado para un altavoz trompeta de 60º, por lo que para incluir en los planos los ángulos de cobertura necesitaremos conocer la naturaleza y características del altavoz.

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Ahora para el caso de la plataforma de Compresión y Temporal tomando en cuenta también la

recomendación del fabricante el grafico quedaría:

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1 mts.

2 mts.

4 mts.

8 mts.

16 mts.

0 dB.

-6 dB.

-6 dB.

ALTAVOZ

FUENTE 76 dB.82 dB.88 dB.94 dB.100 dB.

SPL.

-6 dB.

-6 dB.

90°

REPRESENTACION GRÁFICADE LA COBERTURA ACÚSTICAP A R A L O S A L T A V O C E S

SPL.SPL.SPL.SPL.

1 mts.

2 mts.

4 mts.

8 mts.

16 mts.

0 dB.

-6 dB.

-6 dB.

ALTAVOZ

FUENTE 86 dB.92 dB.98 dB.104 dB.110 dB.

SPL.

-6 dB.

-6 dB.

90°

REPRESENTACION GRÁFICA

DE LA COBERTURA ACÚSTICAP A R A L O S A L T A V O C E S

PLATAFORMA COMPRESIÓN

SPL.SPL.SPL.SPL.




7. BIBLIOGRAFIA.

Configuración de instalaciones electroacústicas. Mcgraw-Hill.

Guía de selección de altavoces (LOUDSPEAKER Selection Guide). www.gai-tronics.com

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