Subido por Julian Sneyder Florez Gomez

FlorezGomez J-Artículo

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EL RUIDO DESDE LA INGENIERÍA DE CONTROL
Ana María Álvarez López
Yeimi Sofía Torres García
Elizabeth Carvajal Moscoso
Javier Alonso Rueda Díaz
Nicolás Buenaventura Schlesinger
Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín. Cra. 80 x Cl. 65. Barrio Robledo.
Correos electrónicos
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Abstract: Noise is an acoustic phenomenon that causes an unpleasant sound that might
disturb different human activities. Sound consists of mechanical vibrations that induce
variations in the pressure of the medium thorugh which they propagate. Noise can cause
injuries and physiological alterations to those who are constantly exposed to it.
Considering noise as one of the most widespread environmental pollutant of modern
times, it is necessary to manage and mitigate its harmful effects. Indeed, control
Engineering can address the challenging issue of noise by controlling it and offering
multiple tools, such as different approaches. passive and active control, identification of
different pressure levels, among others. All these tools and approaches are framed since
2006 by techniques, standards and regulations such as “Norma Nacional de Emisión de
ruido y ruido ambiental” which is used to measure and evaluate the main causes and
consequences of noise disturbance.
Keywords: Sound, noise, intensity, frequency, measurement, control.
1.
INTRODUCCIÓN
En este artículo, se abordan los fundamentos físicos
del sonido y su propagación, así como el fenómeno
del ruido que se deriva de él. Se busca comprender
qué es el ruido y sus características, además de
destacar la existencia de una normativa en Colombia,
emitida por el Ministerio de Ambiente, que regula
este tema.
Se pone de relieve, además, la problemática cotidiana
que surge debido al ruido, y se examinan las causas y
efectos asociados a este fenómeno. Se plantea la
posibilidad de proponer diversas soluciones desde la
Ingeniería de Control, haciendo evidentes las
diferentes metodologías utilizadas para medir y
controlar el ruido desde el control activo y pasivo.
El objetivo de esta investigación es ofrecer una
visión integral del tema del ruido, desde sus
fundamentos físicos hasta su impacto en la sociedad,
con el fin de promover una mayor conciencia y
buscar posibles medidas de control y mitigación.
2.
NATURALEZA Y PRINCIPIOS
FÍSICOS DEL SONIDO
2.1. Naturaleza del sonido
El sonido es una vibración mecánica que modifica la
presión en un medio elástico, como el aire, y se
propaga desde su origen, en forma de ondas sonoras,
hasta el oído (Buitrago, 2010). La propagación del
sonido siempre ocurre en medios elásticos y a una
velocidad específica. En el caso del aire, la velocidad
de propagación del sonido es de aproximadamente
340 metros por segundo, aunque puede variar en
función de la temperatura y la humedad del aire
(Young & Freedman, 2009).
Desde una perspectiva física, el sonido se origina a
través de la vibración de las moléculas presentes en
el medio en el que se propaga, siendo este medio
sólido, líquido o gaseoso (Sound as a Longitudinal
Wave, s.f.). Para su propagación, se utilizan diversos
medios, como tubos metálicos, agua y aire, por
mencionar algunos ejemplos.
Las ondas sonoras se caracterizan por ser ondas
longitudinales, lo que significa que las vibraciones
ocurren en la misma dirección de la propagación de
la onda. Sin embargo, en sólidos también es posible
la propagación de ondas sonoras transversales, en las
cuales,
las
partículas
se
desplazan
perpendicularmente a la dirección en la que viaja la
onda (Young & Freedman, 2009).
Esta comprensión de la naturaleza física del sonido
permite analizar cómo se generan y propagan las
ondas sonoras, así como su comportamiento en
diferentes medios.
2.2. Principios físicos del sonido
Los principios físicos del sonido son fundamentales
para comprender sus características y propiedades.
Entre aquellos, se pueden destacar (Muhammad &
Dahuwa, 2017; Buitrago, 2010):
Amplitud. Se refiere a la magnitud de las vibraciones
de las partículas, en determinado medio, durante la
propagación de una onda sonora. La amplitud de una
onda sonora es la intensidad del sonido producido;
por lo que, una amplitud mayor corresponde a un
sonido más fuerte, mientras que, una amplitud menor
resulta en un sonido más suave.
Longitud de Onda. Se define como la distancia entre
dos puntos equivalentes en una onda sonora. Está
inversamente relacionada con la frecuencia del
sonido. En general, los sonidos de baja frecuencia
tienen longitudes de onda más largas, mientras que
los sonidos de alta frecuencia tienen longitudes de
onda más cortas.
Frecuencia. Se define como el número de
vibraciones, oscilaciones o ciclos, de un proceso
repetitivo, que se producen por unidad de tiempo y se
mide en hercios (Hz). La capacidad del oído humano
para detectar frecuencias va aproximadamente desde
los 20 Hz hasta los 20 kHz.
Intensidad. Está relacionada con la cantidad de
energía que lleva una onda sonora y se percibe como
su volumen. Se mide en decibelios (dB) y abarca
desde sonidos muy suaves hasta sonidos muy fuertes.
Así mismo, se hace necesario mencionar algunas
propiedades de las ondas mecánicas, de las cuales, el
sonido hace parte. Aquellas propiedades son: la
reflexión, la refracción, la difracción y la
interferencia (Muhammad & Dahuwa, 2017).
3.
DEFINICIÓN Y CARACTERIZACIÓN
DEL RUIDO
3.1. ¿Qué es el ruido?
El ruido puede identificarse como un conjunto de
sonidos no coordinados que generan sensaciones
desagradables e interfieren con las actividades
humanas (Cortes, et al., 2009, como se citó en
Estrada, 2016). Es una apreciación subjetiva y
molesta del sonido que puede tener efectos negativos
en la salud y el bienestar de la población (¿Qué es el
ruido?, 2019).
En relación con la concepción del ruido, Chávez
(2006), como se citó en Estrada (2016) afirma:
El ruido ha existido desde la antigüedad,
pero es a partir del siglo XIX, como
consecuencia de la Revolución Industrial,
del desarrollo de nuevos medios de
transporte y del crecimiento de las ciudades,
cuando comienza a aparecer el problema de
la contaminación acústica urbana y con ella
una múltiple fuente de trastornos con efectos
fisiológicos, psicológicos, económicos y
sociales, actualmente subestimados o
ignorados. (p. 9)
El ruido, anteriormente considerado como un
fenómeno inofensivo y aparentemente natural, ha
experimentado un cambio en su percepción al
convertirse en algo indeseado. Como resultado, ha
surgido la necesidad de caracterizarlo y regularlo
mediante normativas específicas.
3.2. Caracterización del Ruido
La subjetividad propia de la molestia que provoca el
ruido hace que su evaluación sea compleja, aun así,
se pueden tener en cuenta ciertos factores que
permiten cuantificarlo (AISTEC, s.f.):
Intensidad y nivel de presión sonora. La intensidad
se refiere a la cantidad de energía que atraviesa una
unidad de área por unidad de tiempo, mientras que el
nivel de presión sonora se expresa en decibelios y
representa la relación logarítmica entre la presión
sonora del ruido y un nivel de referencia estándar.
Frecuencia y espectro. La frecuencia se refiere a la
cantidad de ciclos de vibración que ocurren por
segundo. El espectro del ruido muestra cómo se
distribuye la energía en función de la frecuencia.
El perfil temporal. Describe cómo varía la intensidad
a lo largo del tiempo. Puede ser constante, fluctuante
o intermitente. Algunos ejemplos de perfiles
temporales incluyen el ruido continuo, el ruido
impulsivo (caracterizado por rápidos cambios en la
presión sonora) y el ruido intermitente (con períodos
de silencio entre ráfagas de ruido)
3.3. Normativa sobre el ruido en Colombia
En Colombia, la normativa por emisión de ruido en
el ambiente, constituida actualmente, fue expedida en
2006, mediante la Resolución 0627 del 7 de abril del
mismo año, por parte del Ministerio de Ambiente,
Vivienda y Desarrollo Territorial.
Dicha normativa establece los requisitos para la
medición del ruido y el establecimiento de los
estándares máximos permitidos en la emisión de este
(Ministerio De Ambiente, Vivienda Y Desarrollo
Territorial, 2006).
Tabla 1. Estándares Máximos Permisibles de Niveles
de Ruido Ambiental, expresados en Decibeles dB(A)
Sector
Día
Noche
Sector A. Tranquilidad
y Silencio
55
50
Sector B. Tranquilidad
y Ruido Moderado
65
55
Sector C. Ruido
Intermedio Restringido
72.5
(promedio)
66.25
(promedio)
Sector D. Zona
Suburbana o Rural
de Tranquilidad y
Ruido Moderado
55
50
4.
Las características tonales. La presencia de
componentes de tono puros en el ruido. Estos tonos
pueden ser molestos y se caracterizan por tener una
frecuencia específica y una amplitud destacada en
comparación con el resto del espectro.
La direccionalidad. Describe la forma en que el
sonido se propaga en el medio. Puede ser
omnidireccional o con un patrón específico.
Estándar máximo de
niveles de ruido en dB
CAUSAS Y CONSECUENCIAS
DEL RUIDO
Las principales causas y consecuencias de la
problemática del ruido se encuentran sintetizadas en
el Anexo 1 (Fig 1) a partir de un esquema tipo Árbol
de Problemas.
5.
MEDICIÓN DEL RUIDO
Para medir determinado ruido es
determinar su frecuencia e intensidad.
necesario
Su frecuencia representa el número de ondas de
presión que atraviesan un punto fijo en un segundo; y
su unidad de medida es el hercio (Science Learning
Hub - Pokapū Akoranga Pūtaiao, 2011).
Análogamente, la intensidad de un sonido o ruido se
puede evaluar utilizando diferentes dispositivos que
miden los niveles de presión sonora, es decir, los
cambios de presión generados en un punto específico
cuando una onda sonora se propaga.
La unidad más utilizada para expresar esta magnitud
es el decibelio, y el dispositivo de medición más
empleado es el sonómetro, diseñado para detectar el
sonido de manera similar al sistema auditivo humano
(La medición del ruido, 2019).
Profundizando un poco más en su funcionamiento,
un sonómetro es un dispositivo que, mediante un
micrófono, detecta el sonido, capta las ondas sonoras
y las convierte en señales eléctricas. Luego, amplifica
y procesa las señales eléctricas resultantes, simula la
respuesta auditiva humana en sus filtros de
frecuencia y, finalmente, en su indicador, muestra el
nivel de presión sonora en decibelios; permitiendo
así, medir y evaluar el ruido en diferentes entornos
(¿Qué es un sonómetro?, s.f.).
6.
TIPOS DE CONTROL UTILIZADOS PARA
EL MANEJO DEL RUIDO
6.2. Absorción de sonido
La absorción de sonido se basa en el principio de que
la energía no se crea ni se destruye, sino que se
transforma en otra forma. En este enfoque, la energía
contenida en las ondas de sonido se convierte en
calor, disminuyendo significativamente la cantidad
de ruido presente en el entorno.
Para lograr la absorción de sonido, se utilizan
materiales porosos que funcionan como absorbentes
acústicos. Estos materiales, similares a una esponja,
tienen la capacidad de absorber el exceso de sonido
en el aire circundante.
Entre los materiales de absorción acústica más
comunes se encuentran las espumas de celdas
abiertas y la fibra de vidrio.
6.3. Amortiguación de vibraciones
La amortiguación de vibraciones se utiliza para
controlar el exceso de ruido y vibración asociado con
superficies sólidas de gran tamaño. Este proceso
implica extraer la energía de vibración del material
de la superficie y disiparla en forma de energía
térmica.
Un material comúnmente utilizado
propósito es el acero insonorizado.
para
este
6.4. Aislamiento de vibraciones
Existen cuatro tipos básicos de control de ruido
(Technical Guide for Noise Control, s.f.; 4 Types Of
Noise Control, 2022):
6.1. Aislamiento acústico
El aislamiento acústico es un método de control del
ruido que consiste en la introducción de una barrera
sólida en un espacio de trabajo para mitigar el ruido y
las vibraciones presentes en dicho entorno. Esta
barrera sólida actúa como un obstáculo que reduce la
reverberación de las ondas de sonido no deseadas al
bloquear su propagación.
La eficacia del aislamiento acústico depende de la
resistencia de la barrera sólida utilizada. Por lo tanto,
se emplean materiales altamente densos, como el
hormigón y el acero, debido a su capacidad para
bloquear eficientemente el ruido.
El aislamiento de vibraciones tiene como objetivo
proteger un área o sus habitantes de fuentes de ruido
o vibraciones no deseadas. Este método implica
agregar una barrera física al espacio de trabajo, lo
cual es efectivo siempre y cuando la barrera pueda
bloquear adecuadamente el área a proteger.
Los aislantes de vibraciones más comunes son los
soportes de goma, el corcho, entre otros.
7.
CONTROL PASIVO Y ACTIVO DEL RUIDO
7.1. Características y Diferencias
Las principales características y diferencias entre el
Control Pasivo y Activo se encuentran organizadas
en el Anexo 2 (Fig 2) a partir de un esquema tipo
Cuadro Comparativo.
visualizar de manera integral los factores que
contribuyen a la generación del ruido y los efectos
negativos que este produce.
7.2. Ejemplos de Control Pasivo y Activo
Ejemplo de control activo del ruido. El uso de
tecnología de cancelación de ruido en auriculares o
dispositivos de audio.
Dispositivos de dicha índole están equipados con
micrófonos que captan el sonido ambiental y anulan
con señales “antirruido” las ondas sonoras no
deseadas. Al reproducir estas nuevas ondas sonoras
en los auriculares se logra reducir activamente el
ruido que llega al oído del usuario, proporcionando
una experiencia auditiva más tranquila. Tecnología
utilizada en audífonos AirPods Pro y AirPods Max
(Cancelación de ruido activa y modo Ambiente de
AirPods Pro y AirPods Max, 2022).
Ejemplo de control pasivo del ruido. Paneles
insonorizantes instalados en paredes y techos de
conjuntos residenciales
3.
Por medio de los distintos tipos de controles
utilizados para el manejo del ruido y el cuadro
comparativo elaborado, se ha logrado identificar el
papel de vital importancia que cumple la Ingeniería
de Control en el mismo; reconociendo, además,
mediante ejemplos, su aplicabilidad en diferentes
contextos y situaciones.
4.
En definitiva, esta investigación ha
proporcionado, al lector, una visión parcial sobre el
sonido, el ruido y las diversas estrategias de control
asociadas a este problema. Los conocimientos y
hallazgos
obtenidos
y
recolectados
son
fundamentales para comprender y abordar de manera
efectiva el ruido en diferentes ámbitos,
contribuyendo así a mejorar la calidad de vida y el
bienestar de las personas en nuestra sociedad.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Estos paneles están diseñados con materiales
absorbentes de sonido, como espuma acústica o
materiales compuestos, que reducen la reflexión y la
transmisión del sonido. Al colocar estos paneles en
áreas ruidosas, se disminuye la propagación del
sonido hacia el entorno circundante, creando un
ambiente más silencioso y controlando el ruido de
manera pasiva (Qué son los Paneles Acústicos y
cómo utilizarlos, s.f.).
Otro ejemplo de este tipo de control son las cámaras
anecoicas utilizadas para realizar mediciones precisas
de sonido, pruebas de productos o investigaciones en
condiciones controladas.
8.
CONCLUSIONES
1. Tras llevar a cabo esta investigación, se ha
logrado obtener cierto entendimiento de la naturaleza
del sonido y los principios físicos que lo rigen. Así
mismo, se ha conseguido definir y caracterizar el
ruido con cierto detalle.
2. A través de la construcción de un árbol de
problemas asociados al ruido, se han identificado, de
manera clara, las causas y consecuencias que se
derivan de su presencia. Lo cual, ha permitido
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ANEXO 1
Fig 1. Árbol de Problemas sobre las Causas y Consecuencias del Ruido
ANEXO 2
Fig 2. Cuadro Comparativo entre el Control pasivo y el Control activo del ruido
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