Pantallas acústicas para instalaciones de climatización: legislación y diseño

Marco Legal

En función del nivel potencia sonora (Lw) de lo equipos, de su horario de funcionamiento, y de la situación respecto a los vecinos del entorno, es muy posible que los niveles de presión sonora en inmisión exterior (en las ventanas y fachada de las fincas vecinas) superen los niveles máximos admisibles marcados para la zonificación acústica de la zona (Ordenanza municipal, marco autonómico (D 176/2009) o Ley del Ruido 37/2003).Por lo general, el marco legal contempla unos Niveles Límite de Inmisión, en función de la franja horaria (día, tarde, noche), a contrastar con el parámetro “Nivel de Evaluación LAr dB(A)”. El Nivel de Evaluación es el resultado de promediar en un tiempo determinado (Periodo de Evaluación) , de 180 o 120 minutos, el tiempo en que el foco de ruido está en funcionamiento (T1) con su nivel equivalente en el punto de recepción (Leq dB(A)), corregido con unos factores de penalización por componentes de baja frecuencia (Kf), componentes tonales (Kt) y componente impulsivas (Ki), y el tiempo (T2) en que el foco de ruido está parado con un “Nivel residual”: L2

El tiempo T2 se debe considerar para hacer el promediado que permite calcular el Nivel de Evaluación, pero en general y ante la aleatoriedad de la duración de tiempo en que los equipos están en funcionamiento, las administraciones obligan a considerar una única fase de ruido, durante los 180 o 120 minutos del periodo de evaluación, con los focos de ruido funcionando y a su máximo nivel de presión sonora: “el caso más desfavorable”. Esto evita que hacer hipótesis con los tiempos de funcionamiento/paro del equipo pueda inclinar la balanza para dar un resultado de la evaluación, al ruido generado por los equipos, ”favorable” o un “desfavorable”.

LAr = 10 Log (T1 10 (L1+Kf+Kt+Ki) /10 + T2 10 (L2/10))/ 180)

Los factores de penalización

Los factores de penalización K, se determinan por medio de un análisis frecuencial en bandas de 1/3 de octava de las medidas en inmisión y por la realización de dichas medidas en ponderación “A” (con constante de integración “fast” e “impulse”) y en ponderación “C”. El procedimiento preciso de la medida queda descrito en los anexos de Ley 16/2002. Los factores de penalización sirven para que el resultado de la evaluación no sea función exclusiva del nivel equivalente ponderado “A” de la medida (LAeq), sino que se tenga en cuenta el análisis frecuencial del ruido y el tipo de ruido (continuo, impulsivo, estable,…), que también son causa del grado de molestia: dos ruidos con nivel equivalente de 60dB(A), suenan diferentes y pueden ser o más menos molestos según su contenido frecuencial, por tanto la evaluación de la molestia nunca debe ser un valor único Leq dB(A).

El factor Kf penaliza los niveles de ruido con “alto” contenido en baja frecuencia, y se determina por el diferencia entre el nivel equivalente de la medida de inmisión (Leq) realizada simultáneamente con ponderaciones “A” y “C”: LAeq – LCeq.
Para el calculo de la penalización Kf se tiene en cuenta si los niveles en las bandas centrales de 1/3 de octava entre 20 – 160Hz son audibles o no, tomando como referencia la curva de “umbral de audición”, en condiciones de campo libre, dada por la ISO 223: 2003. De esta forma se intenta evitar que la baja frecuencia que se puede “ver” en el espectro pero que no es audible, penalice el ruido de las instalaciones. Por lo general, y de acuerdo con la ISO 1996-1:2003 y ISO 1996-2:2007, en la que se inspira y ampara la legislación, son emisores de baja frecuencia: helicópteros, vibraciones de puentes, prensas de estampación, trenes en túneles, escapes de motores de cogeneración, climatización y ventilación de edificios, y
similares.

La penalización Kt por tonalidad, se calcula a también a partir del análisis en bandas de 1/3 de octava de la señal en inmisión, y de nuevo tiene en cuenta la curva de umbral de audición (entre 20 y 10000Hz), antes de aplicar o no la penalización correspondiente, calculando la diferencia entre el promedio de niveles entre la banda superior e inferior a donde se localiza la tonal y el nivel de la tonal.

La penalización por componentes impulsivas Ki, se determina a partir de la diferencia entre la medida de inmisión, ponderada “A”, pero con factor de integración FAST (250mseg) o IMPULSE (100mseg): LAeq – LAIeq.
A pesar del parámetro Ki, la medición de ruidos impulsivos de corta duración y el elevado nivel (cierre puertas de garaje, golpes de contactores de ascensores, persianas enrollables de actividades, etc..) sigue quedando mal definido en la legislación actual, ya que al trabajar con niveles equivalentes, los eventos de poca duración y gran nivel quedan diluidos. Por otro lado para este tipo de ruidos es todavía más difícil hacer una hipótesis de cuantas veces se producen el evento dentro del periodo de evaluación.

Pantallas acústicas

Revisado como actúa el marco legal, ingenierías e instaladores deben tomar decisiones, a nivel de proyecto, sobre que medidas de reducción de ruido se deben aplicar sobre los focos de ruido situados en la cubierta del edifico: ¿es necesario hacer algo? ¿Será suficiente una pantalla, o se debe definir en el proyecto un cabinaje de los equipos?. Esperar a tener los equipos en cubierta y funcionando para entonces poder realizar una medición sonométrica desde los receptores, y definir las medidas correctoras, es una posible opción pero puede encarecer la inversión prevista y puede ser origen de denuncias vecinales (en ocasiones las quejas de ruido se producen en cuanto los vecinos “ven” las máquinas, sin que estas estén en funcionamiento).

Ante esta tesitura es mejor definir las medidas correctoras a nivel de proyecto y con los datos disponibles, de forma que se pueda valorar su coste económico y considerarlo como parte de la inversión de instalaciones, pero garantizando que la medida correctora a realizar será eficaz (cumplimiento marco legal) y eficiente (coste/resultado).

En general no todos los fabricantes dan una correcta información sobre los datos sonoros que producen sus equipos, y aunque la información va mejorando, nunca se definen niveles de potencia (Lw) o presión sonora (Lp) en bandas de 1/3 de octava, siendo por tanto difícil o imposible hacer una posible evaluación, a priori, de los factores de penalización Kf, Kt, Ki.

Siempre existe la posibilidad de realizar medidas sobre un equipo igual, instalado en otra ubicación, y tomar dichos valores como datos de partida para el diseño de soluciones, pero teniendo en cuenta que esa medida sonométrica puede estar afectada por unas condiciones del entorno (ruido fondo, reflexiones de la onda sonora, etc,..) que pueden hacer variar los datos reales de la máquina. Por tanto es importante que los fabricante de equipos de clima y ventilación mejoren la información acústica que facilitan a ingenierías y instaladores.

Partiendo de unos niveles de presión o potencia sonora facilitados por el fabricante (en valor global y en bandas de octava entre 125 – 8000Hz), de la zonificación acústica del emplazamiento dada por la administración local (niveles máximos admisibles en inmisión exterior/interior), y de la ubicación de los receptores, la teoría acústica geométrica y su formulación, permiten realizar una estimación de los niveles de presión sonora sobre los
receptores, y a partir de aquí diseñar pantallas o cabinajes.

Para realizar dicha estimación se debe hacer una simplificación y considerar la fuente como un “foco de ruido puntual” que en “condiciones de campo libre” y con directividad Q=2 (sobre suelo reflectante). Bajo esas condiciones ideales podemos calcular el nivel de presión sonora en el receptor, como:

Si partimos de datos de potencia sonora Lw: L2 = Lw – 20 log r – 8
Si partimos de datos de presión sonora L1 a una distancia r1: L2 = L1 – 20 Log (r2/r1)

Estas expresiones se pueden utilizar frecuencialmente con los datos en bandas de octava o bien con un nivel global (menor información). Si el nivel en inmisión exterior calculado L2 está por encima del ruido de fondo de la zona, el funcionamiento de la instalación será detectable, y será por tanto necesario definir medidas de reducción de ruido (siempre que dicho nivel supere el nivel máximo de inmisión del marco
legal).

El nivel calculado L2, es bajo los condicionantes de “fuente puntual” y “campo libre”, por tanto la presencia de paredes y otras superficies que puedan originar reflexiones de la onda sonora directa, harán aumentar dicho nivel en la situación real. Las reducciones de ruido máximas que puede aportar una pantalla acústica, parámetro que se denomina I.L. (insertion Loss), son del orden de 10 – 15 dB(A), en receptores situados en la “sombra acustica” de la pantalla, y menores a 10dB(A) para recpetores situados en la zona de “penumbra”.

Si se necesitan reducciones I.L. de ruido superiores a 15dB(A), no será viable la colocación de una pantalla y se deberá o bien escoger un equipo con menor nivel de potencia sonora o bien definir un cabinaje del equipo, con sus correspondiente silenciadores de entrada y salida de aire, que den una atenuación acústica del mismo orden que el aislamiento ( R ) del panel de la cabina, y que sean adecuados al caudal de aire y a la presión disponible del equipo (a menudo se deben sobrepresionar los ventiladores o buscar turbinas centrífugas).

Para el caso de pantallas, el cálculo de su atenuación I.L. (nivel de presión sonora en el receptor antes y después de colocar la pantalla), se reduce en general a un problema geométrico: emisor – pantalla – receptor, y al cálculo del numero de Fressnel, a partir del cual se calcula la atenuación acústica de cada camino de transmisión mediante los Abacos de Maekawa o otra formulación empírica existente.

Nº Fressnel N = 2 ? /? con ? = A+ B - d

El número de Fressnel tiene en cuenta la longitud de onda (?) asociada a cada banda de frecuencia. En frecuencias bajas las longitudes de onda son grandes ( ?50Hz = 6,9m) y las dimensiones definidas a la pantalla (altura y longitud) pueden no resultar un “obstáculo” para dicha frecuencia, es decir la pantalla se dimensiona en función de las longitudes de onda del ruido incidente.

La eficacia de la pantalla viene por tanto condicionada por su posición respecto al foco….. Cuanto más próximo al foco emisor se sitúe la pantalla, mayor será su efectividad. 

Existen en el mercado softwares de simulación acústica que implementa la formulación indicada y que además tienen en cuenta las reflexiones de la onda sonora directa emitida por el foco de ruido sobre las superficies (paredes y muros) del entorno, para calcular de forma más precisa los niveles de presión sonora en los receptores.

El cálculo de la atenuación de las pantalla no tiene en cuenta las característica físicas de la misma: peso (kg/m2), absorción acústica del material de acabado (?), aislamiento del panel empleado (R),…), sino solo su geometría, pero es importante tener en cuenta, aunque no entre en el calculo, la absorción acústica de la pantalla para aumentar su eficacia y de cara a evitar posibles reflexiones de la onda sonora hacia otros receptores.

Artículo redactado por:

Héctor Maristany Jackson - Ingeniero Industrial Colegiado nº 9303

Gerente de la empresa Aldovier - Soluciones en Acústica