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ESTIMATIVA DE RUÍDO ESTRUTURAL ATRAVÉS DE FÓRMULAS EMPÍRICAS:
APLICAÇÃO EM NAVIOS E PLATAFORMAS OFFSHORE
Víctor Manuel Palma Contreras
Dissertação
de
Mestrado
apresentada
ao
Programa de Pós-Graduação em Engenharia
Oceânica, COPPE, da Universidade Federal do
Rio de Janeiro, como parte dos requisitos
necessários à obtenção do título de Mestre em
Engenharia Oceânica.
Orientadores: Severino Fonseca da Silva Neto
Luiz Antônio Vaz Pinto
Rio de Janeiro
Setembro de 2013
ii
ESTIMATIVA DE RUÍDO ESTRUTURAL ATRAVÉS DE FÓRMULAS EMPÍRICAS:
APLICAÇÃO EM NAVIOS E PLATAFORMAS OFFSHORE
Víctor Manuel Palma Contreras
DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO
LUIZ COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE)
DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM
CIÊNCIAS EM ENGENHARIA OCEÂNICA.
Examinada por:
______________________________________________
Prof. Severino Fonseca da Silva Neto, D. Sc.
______________________________________________
Prof. Luiz Antônio Vaz Pinto, D. Sc.
______________________________________________
Prof. Fernando Augusto de Noronha Castro Pinto, Dr.Ing.
______________________________________________
Antonio Carlos Ramos Troyman, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL.
SETEMBRO DE 2013
iii
Contreras, Víctor Manuel Palma.
Estimativa de Ruído Estrutural Através de Fórmulas
Empíricas:
Aplicação
em
Navios
e
Plataformas
Offshore/ Víctor Manuel Palma Contreras. – Rio de
Janeiro: UFRJ/COPPE, 2013.
XIII, 98 p.: il.; 29,7 cm.
Orientadores: Severino Fonseca da Silva Neto
Luiz Antônio Vaz Pinto
Dissertação (mestrado)–UFRJ/COPPE/ Programa
de Engenharia Oceânica, 2013.
Referências Bibliográficas: p.95-98.
1. Ruído Estrutural. 2. Ruído em Navios e
Plataformas. 3.
Análise Computacional. I. Silva Neto,
Severino Fonseca da et al.II. Universidade Federal do
Rio de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia
Oceânica. III. Título.
iv
Dedicado a meus sobrinhos: Antonella, Anais, Nina, Isidora e Alén.
v
AGRADECIMENTOS
Antes de mais nada, quero agradecer ao Brasil por me dar a oportunidade de estudar
o mestrado na Universidade Federal do Rio de Janeiro, o que seria impossível no meu
país sem antes me endividar, pelo menos por cinco anos, também agradecer à
agencia Nacional de Petróleo (ANP) pela ajuda econômica nestes dois anos e meio.
Quero agradecer aos meus familiares, minha mãe e meu pai, pelo esforço para criarme, às minhas irmãs Montserrat, Millaray e, em especial, a Andrea por me dar a
alegria de ser tio em um dos dias mais estranhos que tive no Brasil nestes dois anos e
meio. Gostaria de agradecer também à minha tia Margarita pelo carinho que sempre
me dedicou, e a tantas outras pessoas que compõem minha família e que sempre me
apoiaram; Yaya, Lula, meu avô Manuel, Tati, Veno, Roberto, Vivi, Pati, entre outros,
uma família tão grande e unida, que me faz sentir afortunado na vida. Também
agradeço aos meus parentes queridos que não estão mais entre nós, em especial
meus avós Carmen e Jorge que sempre estão no meu coração, e ao tio Hector que
nos deixou muito cedo e de quem não consegui me despedir e felicitar por seu esforço
nos últimos tempos.
Quero agradecer também aos professores da banca pela ajuda, apoio e interesse em
me ajudar no meu desenvolvimento profissional, ao Prof. Luiz Antônio Vaz Pinto pela
ajuda na escolha do tema da tese, ao Eng. Antonio Carlos Ramos Troyman pela
paciência na revisão do texto e na elaboração do programa AR3, ao Prof. Severino
Fonseca da Silva Neto pela boa disposição com a documentação necessária, e ao
Prof. Fernando Noronha Castro Pinto pela boa disposição com a data da defesa.
Também ao Prof. Carlos Pereira Belchior pela ajuda quando cheguei ao Brasil, ao
Professor Ulisses Monteiro pela ajuda na bibliografia da tese e ao engenheiro Juan
Bueno pela paciência e ajuda no desenvolvimento do programa AR3.
Agradeço também ao pessoal do LEDAV, em especial à Denise, pela boa disposição
em ajudar no que foi necessário e à dona Carmen pelo carinho e excelentes cafés que
só ela sabe fazer. Também quero agradecer a meus companheiros do LEDAV,
sempre dispostos a prestar ajuda quando foi necessário.
Agradeço a Elan Barreto pela ajuda nos primeiros e difíceis dias no Brasil quando
ainda nem entendia o idioma e não tinha nem onde morar tranquilo. A meu amigo
vi
Vicente Magalhães pela ajuda nestes anos quando morava na Pereira da Silva, um
exemplo de nobreza.
Agradeço, também, a meus amigos tanto do Chile como de Peru, Colômbia,
Alemanha, etc., pelo apoio e pelas boas vibrações de sempre.
Finalmente, quero agradecer a essa mulher maravilhosa, Victoria Santos, pois sou
afortunado de conhecer uma mulher tão lutadora e linda, muito obrigado pela ajuda e
amor neste ano e meio que conheço você. A palavra fascinante não é suficiente para
descrever sua pessoa. Estava me faltando a “ia” na vida.
vii
Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos
necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M. Sc.)
ESTIMATIVA DE RUÍDO ESTRUTURAL ATRAVÉS DE FÓRMULAS EMPÍRICAS:
APLICAÇÃO EM NAVIOS E PLATAFORMAS OFFSHORE
Víctor Manuel Palma Contreras
Setembro / 2013
Orientadores: Severino Fonseca da Silva Neto
Luiz Antônio Vaz Pinto
Programa: Engenharia Oceânica
O objetivo da tese é Avaliar o cálculo de ruído estrutural produzido pelas
diversas maquinarias e sua propagação em estruturas complexas, neste caso, navios
e plataformas Offshore. A metodologia está baseada em procedimentos semiempíricos
de cálculo de ruído obtidos por Fischer et al .
A metodologia vai ser incorporada como complemento de um programa
desenvolvido no Laboratório de Ensaios Dinâmicos e Análise de Vibração (LEDAV) da
COPPE/UFRJ para determinar ruído em navios e plataformas, denominado AR³ e
codificado em plataforma Visual Basic 6.0.
A vantagem da metodologia proposta é a economia de tempo no cálculo do ruído
em comparação com outros métodos de previsão de ruído que demandam maior
tempo e capacidade de memória dos computadores como o Método dos Elementos
Finitos (MEF), o Método dos Elementos de Contorno (MEC) e a Análise Estatística de
Energia (Statistical Energy Analysis - SEA)
A metodologia vai considerar a análise de três modelos, sendo cada um destes
analisados em diferentes condições de operação, podendo estar o navio em trânsito
ou em manobras. No caso das plataformas, estas vão ser consideradas com a maior
parte dos equipamentos em operação, exceto os equipamentos de emergência e de
reserva. Os resultados obtidos da parcela de ruído estrutural vão ser adicionados ao
cálculo geral do ruído, levando-se em conta a parcela de ruído aéreo (previamente
calculado), o qual será finalmente comparado com medições realizadas em provas de
mar e o método SEA.
viii
Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Master of Science (M. Sc.)
ESTIMATIVE FOR THE STRUCTURAL NOISE USING EMPIRICAL FORMULAS:
APPLICATION TO SHIPS AND OFFSHORE PLATFORMS
Víctor Manuel Palma Contreras
September / 2013
Advisors: Severino Fonseca da Silva Neto
Luiz Antônio Vaz Pinto
Department: Ocean Engineering
The main goal of this thesis is to develop a calculus methodology for the
structureborne noise caused by the several machines present in complex geometry, in
this case represented by ships and offshore platforms. The employed methodology is
based on the semi-empirical procedures for noise calculations developed by Fischer et
all [9], [10].
This calculus methodology will be incorporated in a computer program that was
elaborated in the Dynamic Experiments and Vibration Analysis Laboratory (LEDAV) of
COPPE/UFRJ for the determination of noise onboard ships and offshore platforms,
called AR³, and that was coded in the Visual Basic 6.0 environment.
The proposed methodology advantage is the noise calculation time savings
compared to other prediction methods which requires computer larger time and
memory capacity such as the Finite Elements Method (FEM), the Boundary Elements
Method (BEM) and the Statistical Energy Analysis (SEA).
The methodology will consider the analysis of three models, each one taking
different operating condition, with the ship in transit or in maneuver. For the platform
case, this will consider most of the equipments under operating conditions, except for
the emergency and the reserve ones. The obtained results for the structureborne
noise part will be added to the general noise calculation, taking into account the part
referring to the airborne noise (previously calculated), which will finally be compared to
sea trial measurements.
ix
SUMÁRIO
Capítulo 1 - Introdução ............................................................................................................. 1
1.1 O Problema do Ruído em Navios e Suas Implicações ......................................................... 1
1.2 Revisões Bibliográficas ...................................................................................................... 3
1.3 Justificativa ......................................................................................................................... 8
1.4 Objetivo ............................................................................................................................ 10
Capítulo 2 - Métodos de Predição de Ruído ............................................................................. 11
2.1 Regiões de Baixa Frequência .......................................................................................... 13
2.2 Método de Helmholtz ...................................................................................................... 16
2.3 Análise por Elementos de Contorno (MEC) ..................................................................... 16
2.3.1 Método direto ............................................................................................................ 18
2.3.2 Método indireto ......................................................................................................... 18
2.4 Metodologia Integral de Rayleigh ................................................................................... 20
2.5 Análises dos Elementos Finitos (MEF) ............................................................................. 21
2.5.1 Método da Pressão .................................................................................................... 22
2.5.2 Método do Deslocamento ......................................................................................... 24
2.6 Análise Numérica Modal ................................................................................................... 24
2.7 Regiões de altas frequências: Análise Estatística de Energia (SEA). ................................. 25
2.8 Métodos Semi-Empíricos ................................................................................................. 29
Capítulo 3 - Metodologia Proposta para Predição de Ruído ...................................................... 31
3.1 Descrição do Ruído Aéreo ............................................................................................... 31
3.2 Ruído HVAC ..................................................................................................................... 33
3.2.1 Fontes Emissoras ........................................................................................................ 33
3.2.2 Meios de propagação ................................................................................................. 33
3.3 Ruído Estrutural................................................................................................................ 33
3.3.1 Metodologia de Cálculo do Ruído Estrutural. .......................................................... 35
3.3.2 Níveis de Ruído Estrutural da fonte. .......................................................................... 35
A.Motor tipo diesel.....................................................................................................36
B.Bombas……………………………………………..……………………………………………………………...37
C.Outras fontes...........................................................................................................38
3.3.4 Perdas na Propagação do Ruído Estrutural. ............................................................... 42
3.3.7 Fator de Perda (η):..................................................................................................... 47
3.3.9 Interação Estrutural Acústica. .................................................................................... 52
3.3.10 Conversão de Ruído Estrutural para Ruído Aéreo................................................... 52
x
3.3.11 Conversão de Ruído Aéreo para Ruído Estrutural ................................................... 54
3.4 Integrações dos Módulos no AR³ ...................................................................................... 56
Capítulo 4 - Análise dos Navios ............................................................................................... 58
4.1 Modelo Computacional ................................................................................................... 60
4.2 Considerações Gerais na Análise dos Modelos ................................................................. 64
4.3 Considerações Particulares ............................................................................................. 65
4.3.1 Unidade A: Navio AHTS ............................................................................................. 66
4.3.2 Unidade B: Plataforma FPSO ..................................................................................... 66
4.3.3 Unidade C: Navio de Perfuração Submarinha ............................................................ 67
4.4 Resultados e Comparações ............................................................................................... 67
4.4.1 Resultados Comparativos do Ruído nos Modelos .................................................... 68
Capítulo 5 –Análise dos Resultados ......................................................................................... 77
5.1 Análise do Modelo A ........................................................................................................ 77
5.2 Análise do Modelo B ........................................................................................................ 85
5.3 Análise do Modelo C ......................................................................................................... 90
5.4 Particularidades nos modelos. .......................................................................................... 91
Capítulo 6 Conclusões ............................................................................................................. 93
Referências Bibliográficas ....................................................................................................... 95
xi
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Porcentagem de menção dos distintos critérios de conforto a bordo dos navios
(Goujard, 2005). ............................................................................................................................ 1
Figura 2. Distribuição histórica das rotas dos navios mercantes: distribuições do Pacifico e
Atlântico Norte. (United States Naval Oceanographic Office) ...................................................... 2
Figura 3 Diferença entre os nós em elementos finitos e elementos de contorno ..................... 17
Figura 4 (a) Superfície plana, (b) Superfície côncava com reflexões, (c) Superfície convexa com
uma superfície não visível no ponto P. ....................................................................................... 21
Figura 5 Dois sistemas vibroacústicos conectados e com fluxo de energia ................................ 27
Figura 6. Método de analise de ruído no navio. ......................................................................... 31
Figura 7. Esquema de propagação de ruído em um navio ....................................................... 41
Figura 8. Esquema de um navio indicando uma fonte (motor principal) e um receptor. .......... 42
Figura 9. Esquema do plano cortante de ruído estrutural. ......................................................... 43
Figura 10 Plano vertical: Menor caminho entre a fonte e o receptor ........................................ 43
Figura 11. Projeção da Máquina no Volume ............................................................................. 44
Figura 12 Esquema para o cálculo da perda de ruído Estrutural no volume da fonte............... 45
Figura 13 Propagação ruído estrutural ....................................................................................... 46
Figura 14 Características de amortecimento da estrutura em frequência de banda de oitava.
..................................................................................................................................................... 49
Figura 15 Fator de amortecimento de estrutura mais um recobrimento. ................................. 49
Figura 16 Características estimativas do fator de perda da estrutura recoberta por ambas
caras. ........................................................................................................................................... 50
Figura17 Plataforma FPSO........................................................................................................... 58
Figura 18 Navío AHTS (Anchor Handling Tug Supply) ................................................................. 59
Figura 19 Navio Sonda ou de perfuração. ................................................................................... 59
Figura 20 Entrada dos dados dos painéis e suas características no AR3 .................................... 60
Figura 21 Entrada de dados dos materiais no AR3 ..................................................................... 61
Figura 22 Modelo representando um navio no programa AR³ .................................................. 61
Figura 23 Dados das potencias sonoras em banda de oitava .................................................... 62
Figura 24 A figura representa os dados para o cálculo de ruído estrutural ............................... 62
Figura 25 Resultados em formato de tabela .............................................................................. 63
Figura 26 Resultados em forma de gráfico de barras (ruído aéreo (vermelho), ruído ............... 63
Figura 27 Resultados em forma de espectro de ruído com curvas NC ...................................... 64
Figura 28 Corredor 1: Ruído Aéreo ............................................................................................. 68
Figura 29 Tabela Corredor 1: Ruído Aéreo e estrutural .............................................................. 68
Figura 30 AR3 x Medições - Navio em Viagem - Convés Principal ............................................... 81
Figura 31 AR3 x Medições - Navio em Viagem - Convés A .......................................................... 81
Figura 32 AR3 x Medições - Navio em Viagem - Convés B........................................................... 82
Figura 33 AR3 x Medições - Navio em Viagem - Convés C ........................................................... 82
Figura 34 Ruído em 4MB
Figura 35 Ruído corredor 1............................. 84
Figura 36 Ruído 2M
Figura 37 Ruído 4ME ............................................................. 84
Figura 38 Ruído Client-604 .......................................................................................................... 85
Figura 39 Comparação gráfica na previsão de ruído estrutural pelos dois métodos
(Semiempírico e SEA). ................................................................................................................. 89
Figura 40 Comparação gráfica do ruído Global entre AR³ e o programa hibrido. ...................... 90
xii
Figura 41 Erro na transmissão do ruído estrutural ..................................................................... 91
Figura 42 Propagação ideal de energia vibracional sobre a estrutura para o mesmo
compartimento ........................................................................................................................... 92
xiii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Ajuste de banda de oitava para o ruído estrutural de um motor diesel. ................... 37
Tabela 2 Ajuste em banda de oitava para as constantes A e B de um motor diesel em
função das RPM de trabalho. ................................................................................................. 38
Tabela 3 Ajuste em banda de oitava para ruído estrutural em bombas. ......................... 38
Tabela 4 Dados de entrada para o cálculo de ruído estrutural em outras fontes. .................... 39
Tabela 2 Eficiência de radiação, 10log(σrad) dB re watts-12 típica para materiais usados na
indústria naval ............................................................................................................................. 54
Tabela 3: Modelo A: Predição x Valores Medidos ...................................................................... 69
Tabela 4 Resultados da análise de erro do modelo A, levando-se em conta os 40
compartimentos em condição de trânsito (dB(A)) ..................................................................... 79
Tabela 5 Resultados estatísticos do modelo A em condição de manobras com os propulsores
laterais e o azimutal em operação (dB(A)) .................................................................................. 79
Tabela 6 Comparação entre o AR3 e o método SEA ................................................................... 86
Tabela 7 Comparação entre o AR3 e o método SEA (Continuação) ........................................... 87
Tabela 8 Comparação dos erros do AR3 e o método SEA. ......................................................... 87
Tabela 9 Comparação entre os resultados do AR3 e os resultados combinados do
SEA com o modelo empírico alternativo ............................................................................... 87
Tabela 10 Comparação entre os resultados do AR3 e os resultados combinados do
SEA com o modelo empírico alternativo ............................................................................... 88
Tabela 11 Análise estatística do nível de ruído global entre o AR³ e o Modelo Híbrido
dB(A)........................................................................................................................................... 89
1
Capítulo 1 - Introdução
1.1 O Problema do Ruído em Navios e Suas Implicações
A poluição sonora é um problema de bastante relevância na atualidade. Este tipo
de efeito é mais facilmente percebido no meio ambiente aquático, onde é comum o
encalhe de grandes mamíferos devido ao efeito dos ruídos introduzidos pela ação
antropogênica nos oceanos (navios de grande porte, plataformas offshore,
explorações submarinas, dentre outros). Além disso, o ruído gerado pelas máquinas
causa às tripulações consequências como: alterações no sono, distúrbios psicológicos
e perda auditiva. Tais consequências provocam prejudica ás empresas no momento
de indenizar tripulantes e passageiros por perda auditiva ou estresse. Dos estudos de
conforto a bordo de navios pode-se destacar a porcentagem de menções dos
diferentes critérios que podem afetar a comodidade a bordo dos navios na figura 1.
Criterios de Conforto em Navíos
Porcentagem de Mensao de Criterio de Comforto em Navíos
39%
24%
17%
16%
4%
Visão
Temperatura
Acústico
Luz
Ergonomia
Figura 1. Porcentagem de menção dos distintos critérios de conforto a bordo dos navios (Goujard, 2005).
Pode-se constatar que o desconforto acústico é o que mais menções têm. A
bordo de um navio ou de uma plataforma, podem existir três tipos de fontes de ruído:
aérea, estrutural e decorrente do sistema de aquecimento, ventilação e ar
acondicionado (HVAC). Durante a construção do navio, a prevenção de ruídos e
vibrações gerados neste é levada em conta através das recomendações das
sociedades classificadoras. No entanto, com a evolução dos projetos e o aumento das
velocidades e potências das embarcações, estão surgindo novos problemas, os quais
2
dificultam a previsão com exatidão do momento ou lugar onde podem ocorrer ruídos
nocivos ou vibrações excessivas – os quais são transmitidos pela estrutura aos
camarotes e às salas comuns e se transformam, nestes locais, em ruído aéreo
novamente.
O ruído gerado em navios é transmitido através do casco ao meio ambiente
aquático em uma banda de baixa frequência (de 10 a 500 Hz), causando alteração na
reprodução da fauna marinha, principalmente dos mamíferos e peixes, afetando a
produtividade pesqueira em geral. Durante as décadas passadas o ruído causado
pelos navios ao meio ambiente aquático aumentou em média 12 dB devido,
principalmente,
ao
aumento
da
frota
mercante
navegando
nos
oceanos
(“Anthropogenic and Natural Sources of Ambient Noise in the Ocean”, John A.
Hildebrand, 2009). As rotas mais recorrentes no oceano podem ser vistas na Figura 2.
Figura 2. Distribuição histórica das rotas dos navios mercantes: distribuições do
Pacifico e Atlântico Norte. (United States Naval Oceanographic Office)
Pelo mencionado anteriormente, a prevenção do ruído estrutural é de vital
importância e o método SEA (Statistical Energy Analysis) ou os métodos
semiempíricos de previsão de ruído, tais como o método utilizado pela SNAME
(Society of Naval Architects and Marine Engineers), podem ser empregados com
relativo sucesso, sendo este último o método que vai ser utilizado, neste trabalho, na
determinação do ruído estrutural de um conjunto de navios e plataformas offshore.
3
1.2 Revisões Bibliográficas
B. Goujard [1] faz a determinação do grau de desconforto acústico durante uma
prova de mar, baseado em um questionário feito a os tripulantes e passageiros de um
navio cruzeiro, o grau de desconforto acústico é comparado com outros parâmetros
que determinam a comodidade em navios (como temperatura ou luminosidade), alem
de isso através do questionário se trata de deduzir as condições principais que
causam desconforto acústico no navio.
A.C. Nilsson [2], em sua publicação “Noise Prediction and Prevention in Ships”
(1978) apresenta formulações semiempíricas para predizer o ruído estrutural em
navios, estabelecendo as fontes de ruído em navios: motores principais e auxiliares,
propulsores, dutos de gases de descarga, bombas, etc. Também estabelece que a
fonte de ruído que mais afeta as acomodações (com exceção dos compartimentos
anexos aos espaços de máquinas) é a causada pelo ruído estrutural.
O ruído estrutural é produzido pela força mecânica das máquinas conectadas à
estrutura do navio. A energia das fontes é transmitida através da estrutura do navio
por meio de ondas flexionais, longitudinais, transversais e torcionais. O fluxo de
energia é atenuado à medida que a onda se afasta da fonte emissora em decorrência
da perda através da estrutura, dos obstáculos e das descontinuidades.
Para fazer uma predição dos níveis de ruído em um compartimento, os seguintes
dados devem ser levados em conta:

potência das fontes.

propriedades de radiação da estrutura do compartimento ao receptor.

propriedades de transmissão do ruído.
Para determinar a potência das fontes são suficientes os níveis de velocidade
ortogonais nas placas adjacentes às fundações das máquinas, e, no caso dos
propulsores, os níveis de velocidade dos painéis do casco sobre estes.
A propagação da energia emitida pelas máquinas ocorre através de ondas com
formas flexionais transversais, longitudinais e torcionais. As ondas através das quais o
ruído estrutural é transmitido são acopladas. Se todas essas formas de transmissão
forem incluídas em um modelo de propagação, o resultado ficaria muito complexo. Em
geral é estabelecida uma forma de propagação de onda dominante e determina-se o
fluxo de energia na estrutura. A atenuação do fluxo de energia até o receptor deve-se
principalmente à forma geométrica da estrutura do navio.
Para analisar o ruído
4
estrutural pode-se recorrer principalmente ao método SEA conforme descrito e
estudado a fundo por Mace [3]. De acordo com ele, o conceito de análise com SEA
emprega o balanço energético entre os diferentes sistemas que compõem uma
estrutura e transfere a energia vibracional-acústica entre eles, levando-se em conta a
energia total da estrutura.
Shande Li [4] estabelece um modelo baseado na análise através do método
MEC, que tem a faculdade de permitir que apenas o contorno da estrutura do
elemento que contém a fonte (estrutura da máquina) possa ser empregado, permitindo
custos mais baixos no que se refere à geração da malha de painéis do préprocessamento. O MEC, no entanto, tem o inconveniente de levar à geração de um
sistema linear com matrizes não simétricas muito densas, consumindo grande
quantidade de memória durante os cálculos.
Wei-Hui Wang et al. [5] utiliza um modelo misto MEC/MEF de um motor marítimo
acoplado a uma fundação para predizer a radiação de ruído estrutural propagado ao
meio ambiente marinho.
São apresentados dois casos de estudo, uma esfera
submersa e um modelo em escala de uma praça de máquinas, sujeita à excitação
devida à máquina. O ruído estrutural é transmitido de uma fonte a outra através de um
determinado número de pontos de contato.
A.C. Nilsson [6] em “A Method for the Prediction of Noise and Velocity Levels in
Ship Constructions” (1983) propõe modelos para a determinação da perda de
transmissão do ruído estrutural em navios e faz comparações das previsões de ruído
com medições feitas em provas de mar. Estabelece através de estudos de modelos
baseados no método SEA, que as principais ondas que propagam o som estrutural no
navio são do tipo longitudinal e flexional, sendo estas as que mais transmitem o fluxo
de energia, causando níveis de ruído mais elevados nos conveses.
Mirenberg et al. [7] apresentam um programa para gerar análises de gráficos de
ruído em navios (Ship Sound Level Analyses and Mapping - SLAM), onde se utilizam
as equações básicas da acústica.
Neste compêndio é revisada a definição de
potência sonora de um equipamento (Power Level - PWLa) e uma ferramenta nova
desenvolvida pelo autor denominada A-Weighted Room Constant (Ra), uma constante
numérica que classifica o compartimento segundo suas características. Quando são
utilizadas juntas, essas ferramentas fornecem o campo de intensidade de potência
5
sonora no compartimento do equipamento a ser analisado, com o intuito de predizerse o campo de potência sonora nos espaços semi-reverberantes da praça de
máquinas. Os cálculos de ruido são fornecidos pela SNAME. O estudo apresenta,
ainda, um cálculo fundamental de ruído representando equipamentos como uma fonte
pontual ou uma linha de ruído, o ponto pode representar uma fonte pequena (bomba,
compressor, ou purificador), a linha de ruído pode representar graficamente uma
instalação de ar acondicionado.
Raymond Fischer [8] trata o problema da complexidade da caracterização dos
sistemas de posicionamento dinâmico em uma análise de ruído e sua influência nos
níveis de ruído quando estes estão operando. Em navios de apoio offshore esses
sistemas podem causar desconfortos consideráveis nos tripulantes. O documento têm
como objetivo principal o cálculo do ruído, métodos de caracterização acústica de bow
thrusters e métodos de redução de ruído e vibrações gerados por estes equipamentos.
Uma diretriz de projeto é disponibilizada para melhorar o desempenho acústico
ambiental destes navios. Finalmente, exemplos de medição da habitabilidade e do
ruído irradiado são fornecidos.
A SNAME [9] publicou um trabalho intitulado “Design Guide for Shipboard Noise
Control” (1983) que apresenta uma guia completa de predição de ruído gerado em
navios, cujos cálculos são formulações semiempíricas que dependem, em grande
parte, dos dados de entrada (potência de trabalho dos equipamentos, pesos,
dimensões, etc.) e são apresentadas, separadamente para as três principais formas
de propagação de ruído, determinações da potência sonora e das perdas de
transmissão de cada caso. Estas três formas, ou módulos, que originam o ruído são:
Módulo de Ruído Estrutural, Módulo de Ruído Aéreo e Módulo de Ar Condicionado e
Ventilação.A publicação apresenta, ainda, a maior quantidade de fórmulas
semiempíricas disponível para o objetivo da tese, mas tem um percalço no que diz
respeito à falta de formulação na determinação do ruído gerado por sistemas bowthruster e azimutais, que são ,possivelmente, os maiores geradores de ruído em
navios e que mais prejuízo causam para a tripulação durante os trabalhos de
manobra, principalmente em AHTS (Anchor Handling Tug Supply).
Outra publicação SNAME [10], livro complementar do anteriormente descrito, é o
“Supplement to the Design Guide for Shipboard Airborne Noise Control” (2001) e
contém artigos complementares à referência anterior no que se refere a novos
6
algoritmos para a determinação da potência sonora das máquinas do navio, perdas de
transmissão, funções de transferência, assim como critérios acústicos mais
atualizados.
Esses dois últimos livros vão formar a base para o cálculo do ruído
estrutural necessário para a determinação do nível de ruído em um compartimento,
utilizada de forma complementar, levando em conta as devidas correções feitas no
suplemento.
Worley Parsons [11] utiliza as formulações [9] e [10] para caracterizar o
comportamento acústico dos volumes de um navio FSRU (Floating Storage
Regasification Units), apresentando resultados bastante aceitáveis.
I. Grushetsky [12] analisa a complexidade na determinação do fator de perda (η)
em painéis de navios, devido principalmente a suas particularidades geométricas,
materiais de isolamento e equipamentos próximos, estabelecendo uma forma
estatística para a determinação do fator.
Fernando Hortelani (2006)[13] Apresenta uma metodologia para avaliar o ruído
em plataformas Offshore e a influência deste na saúde dos tripulantes a bordo. O
desenvolvimento computacional dos últimos anos tem permitido um refinamento dos
cálculos necessários para a determinação do ruído em estruturas antes do início das
construções. Porém, é necessário ter-se em mente que essas modelagens não são
representações
100%
fiéis
da
realidade,
daí
a
necessidade
de
modelos
semiempíricos. Exemplos de softwares para análises de estruturas complexas podem
ser o ODEON (Odeon vem do latin Odeum e é o nome das construções romanas e
gregas destinadas ás competições de canto) e o AS-Noise utilizado por Hortelani
(programa com metodologia semi-empirico elaborado na COPPE-UFRJ em um
ambiente Labview). O termo “semiempírico” vem da ideia de que, a partir de uma base
de dados acústicos bem fundamentados, podem-se realizar predições de ruído em
uma determinada estrutura, predições que vão depender muito dos dados de
comportamento acústico dos materiais disponíveis para o cálculo. Quanto maior e
detalhada a base de dados, melhor a predição de ruído.
A isso devem ser
acrescentados os dados de perda de ruído aéreo e estrutural baseados em análises
de equação de onda e sua propagação em um meio gasoso (no caso o ar) ou em um
meio físico (estruturas navais).
7
Bistafa (2006) [14] Analisa a acústica e o controle de ruído em ambientes
abertos e fechados, apresenta uma base de dados de características de transmissão
sonora e absorção sonora de diversos materiais utilizados, assim como também
formulas para estimação de potencia sonora de diversas máquinas ,também
apresenta uma introdução de normas brasileiras a respeito.
John Carlton [15] descreve os fundamentos básicos dos propulsores, e
estabelece que são quatro os principais mecanismos que dão forma ao espectro de
ruído gerado pelo propulsor; O deslocamento da água a través das pás do propulsor, a
diferença de pressão entre a cara de sucção e pressão na rotação do propulsor, a
flutuação periódica das cavidades volumétricas da estela deixada pelo propulsor e o
colapso das bolhas de ar devido a cavitação. Com isso apresenta uma formulação
para a obtenção de ruído gerado por essas máquinas em navios
John A. Hildebrand ( 2009) [16] faz um estudo do ruído gerado pelas diversas
máquinas e explorações submarinhas do ser humano no oceano descrevendo o
conceito de ruído antropogénico junto com mapas de distribuição de ruído em os
mares do mundo e que afeitam a fauna marinha em seu comportamento e reprodução.
F. P. Mechel (2008) [17] apresenta as diferentes formulações para descrever os
fenômenos acústicos. Faz o analise do fator de perda η e as formulações que
descrevem esta variável.
A. C. NILSSON [18] faz uma analise da interação casco-propulsor no navio a
través de formulações e avalia os resultados de seu analise com medições com
hidrofones e acelerômetros instalados na popa com o objetivo de obter o espectro de
ruído e vibração estabelecendo uma relação entre ambos.
J. Buitten (1972) [19] Faz uma comparação entre o antes e o depois de instalar
materiais isolantes visco elásticos em um cruzeiro.
Neal A. Brown (1999) [20], estuda a natureza do ruído em propulsores de navios
assim como submersíveis devido ao fenômeno de cavitação e meios de redução dos
mesmos.
J. S. Carlton and D. Vlasi´c [21] Consideram tópicos referidos a ruído e vibração
a bordo dos navios, particularmente o estudo de fenômenos heterodinâmicos e outras
fontes de excitação que são discutidos em relação a quantificação acústica e analises
8
da resposta do navio.Dentro da discussão as diferentes regulamentações de conforto
a bordo são consideradas em relação a seu fundamento nas normas ISO e aplicação
das mesmas na industria naval.Alguns tópicos apresentados fazem referência a
influência do ruído externo do meio ambiente e sua influência no navio.
Oliver Vérin et AL. [22] Apresenta uma metodologia de estudo de ruído em
plataformas FPSO (Floating Production Storage and Offloading) onde são analisados
diversas formas de abarcar o calculo de ruído estrutural e acústico, através de
métodos numéricos assim como também métodos híbridos de predição .
1.3 Justificativa
O uso de modelagem acústica analítica ou numérica para predição de ruído em
estruturas complexas como navios e plataformas tem se mostrado pouco efetivo ao
longo dos anos em quanto ao tempo requerido pela indústria naval no momento de
querer fazer uma análise em um tempo economicamente viável para um projeto
qualquer. Nesses casos, o modelo deve incorporar fontes de ruído como motores,
bombas, hélices transversais e compressores, cada qual com espectros sonoros
peculiares e com uma forca excitatoria variável. Por outro lado, os compartimentos ou
volumes receptores devem considerar os diferentes materiais que compõem as
superfícies (pisos, anteparas e tetos).
A complexidade geométrica dos modelos inviabiliza, de certa forma, a obtenção
de uma solução analítica em um tempo o suficientemente curto como os requeridos na
indústria. Na opção por modelos numéricos, no MEC e MEF, o número de nós e
elementos
necessários
para
a
discretização
das
superfícies
tornam-se
excessivamente grandes. Estes métodos numéricos são modelos matemáticos que
representam fenômenos físicos, e, na grande maioria dos casos, apresentam
resultados bem precisos. Mas, para se conseguir essa precisão, é necessário
expressar a realidade nos mínimos detalhes.
Devido à alta complexidade de um
navio, com centenas de fontes emissoras de ruído, centenas de compartimentos
(receptores) e um arranjo estrutural de grandes dimensões, presença de líquidos tanto
internamente como externamente, somando a complexidade do arranjo estrutural,
isolamentos, e a presença de tubulações, fios elétricos entre outros, tornam o método
bastante dispendioso em termos de tempo de execução e memória computacional,
complicando a análise de ruído..
9
Uma análise complementar com MEC e FEM é o referente a o SEA ou analise
estatístico da energia, este é utilizado para obter níveis meios de resposta no espaço e
tempo em bandas de frequência, também pode analisar e comparar as trajetórias de
transmissão de ruído e estudar o efeito de mudanças estruturais do projeto inicial do
navio, o método requer o conhecimento de uma grande quantidade de parâmetros os
quais requerem as características dinâmicas dos componentes pressentes no navio e
o tipo de conexões.Entre as características podem se achar a densidade modal, o
fator de perda e o fator de acoplamento.
O método de predição de ruído selecionado neste trabalho apresenta vantagens
de tempo quando comparado com os métodos MEC, MEF e SEA. , pesquisadores de
entidades como a SNAME e a ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating
and Air-Conditioning Engineers), propuseram esta metodologia que permite estimar
o ruído em suas parcelas aérea e estrutural.
O método a ser utilizado na determinação do ruído em navios, vai ser o método
recomendado pelas referências [9] e [10] o qual é um método hibrido baseado em
formulações empíricas obtidas de navios já existentes, somado com uma formulação
que simplifica o método SEA diminuindo a quantidade de elementos estruturais
pressente no navio, e que apresenta seguem dados de outros estudos e jornais [11],
certa precisão nos resultados diretamente relacionada com a qualidade dos dados de
entrada.
O meio mais usado no controle do ruído é a aplicação de materiais especiais nas
descontinuidades estruturais a fim de se obter a perda de transmissão mais apropriada
no nível de ruído de um compartimento a referência [12] fornece dados estatísticos
para descrever algumas características necessárias para a determinação do fator de
perda nos materiais que serão adicionadas na programação.
10
Os dados de entrada podem ser obtidos de várias fontes. A informação das
fontes de ruído pode ser obtida com os fabricantes, e, quando isso não é possível,
podem ser obtidos por extrapolação dos níveis de ruído de equipamentos semelhantes
em bancos de dados existentes. As propriedades acústicas dos materiais que
compõem os arranjos estruturais dos compartimentos podem ser obtidas de ensaios
em laboratório ou de medições em campo, além das descritas pelas referências
[9],[10] e [12].
1.4 Objetivo
O objetivo principal é avaliar a confiabilidade do método proposto no SNAME [9]
[10] desenvolvido no AR³ abarcando
duas abrangências, uma geral enfocada na
comparação dos resultados globais obtidos através do método e logo sua comparação
com medições a bordo.Outra é a determinação da confiabilidade da metodologia de
cálculo de ruído estrutural através da comparação de esta parcela de ruído calculada
seguem SNAME com o método SEA.O anterior vai permitir verificar a influência que
tem o ruído estrutural no resultado global e a confiabilidade da metodologia
semiempírica.
Para atingir o objetivo anterior foi realizada uma otimização do programa de
previsão de ruído AR3, desenvolvido no LEDAV/COPPE/UFRJ, e que até antes deste
trabalho ficava limitado na análise de ruído aéreo emitido por uma fonte pontual.
Esta otimização foi através da incorporação da parcela de ruído estrutural e seus
respectivos algoritmos de calculo para determinar: o nível de ruído estrutural
dependendo do tipo de máquina ou fonte, as perdas no interior do compartimento que
contem a fonte, as perdas pelo menor caminho, perdas por interseções e finalmente a
obtenção da função de transferência para obter o aporte do ruído estrutural em cada
compartimento modelado no software.
11
Capítulo 2 - Métodos de Predição de Ruído
O objetivo de um método de predição de ruído é caracterizar uma fonte (, motor
principal, bomba, etc.) com certa potência sonora ou forca de excitação e identificar a
propagação da onda gerada pela máquina até um ponto afastado da mesma, levando
em conta o caminho de transmissão que pode ser através do ar, ou através de uma
estrutura, até chegar ao receptor onde este nível de ruído é atenuado em relação ao
nível inicial devido às perdas no caminho entre a fonte e o receptor.
Uma forma simples de caracterizar uma fonte sonora é considerando-a como
uma fonte pontual ou monopolo e estimar, de acordo com o tipo do equipamento, a
potência sonora gerada [7].
O Problema de propagação do som pode ser descrito pelas funções de Green.
É o resultado de uma formulação da equação de onda usando a função potencial,
g(r/r0). Estas correspondem ao campo de som quantificado em relação ao tempo e ao
espaço:
(2.1)
(2.2)
O beneficio desta formulação é facilmente compreendido quando é aplicada em
fontes e caminhos especiais de propagação de um ponto r0 a um ponto r.
Por
exemplo, de uma fonte pontual com fluxo volumétrico Q, pode-se escrever:
(2.3)
Onde 4πa2 representa a superfície da esfera que descreve a propagação do som.
A função de Green em um espaço livre para a equação acima é descrita por:
(2.4)
Utilizando o problema da radiação acústica e a equação de Helmholtz estática
com o termo da fonte como
tem-se:
(2.5)
12
A formulação de Green traz como resultado a integral de Helmholtz-Huygens
dada por:
(2.6)
Com a integral anterior, a pressão sonora resultante de vários tipos de fontes
distribuídos em um volume com qualquer tipo de reflexão nos contornos pode ser
calculada. A superfície de integração pode representar uma superfície virtual onde o
campo de som é expandido em formas elementares consistidas de monopolos ou
dipolos.
Se a radiação é expandida no domínio do tempo, assumindo-se uma
excitação de impulso, a importância da equação de Green se torna mais clara. A
radiação se torna um filtro transportando sinais até o receptor, expressa em função de
uma convolução de funções de fonte como funções de Green, como segue:
(2.7)
Pela transformada de Fourier obtêm-se soluções adequadas no domínio das
frequências. O objetivo principal da convolução pode, então, ser expresso em termos
da velocidade volumétrica da fonte, Q, o que leva à formulação da impedância, dada
por:
(2.8)
Para a função de transferência entre um ponto do campo de pressões de som e
outro ponto receptor pode ser escolhida a caracterização da fonte baseada em um
campo próximo de pressões como:
(2.9)
A função que vai descrever a fonte, função de Green, transformada em
impedâncias ou função de transferência, vai depender do tipo de fonte considerada.
Uma função de forças excitação em um dado equipamento pode ser
determinada (por exemplo, adequando-se uma impedância que caracterize uma
13
máquina ou estrutura que emita um ruído), porém, a potência sonora pode ser
determinada utilizando-se um dos métodos numéricos anteriores.
As equações servem principalmente para a determinação dos efeitos que as
modificações das estruturas e componentes de equipamentos podem ter na redução
do ruído gerado por eles. A implementação de análises numéricas necessitam as
seguintes técnicas:
1. Determinação e quantificação da força de excitação estrutural (Função de
Green); uma força de excitação é geralmente considerada como uma soma de
componentes senoidais utilizando-se a Análise de Fourier.
2. Determinação da distribuição das velocidades vibracionais na superfície do
equipamento ou estrutura como resposta á força de excitação da fonte (função
de transferência).
3. Determinação do campo do som, seguindo a geração do som a partir da
resposta vibracional da estrutura ou equipamento.
O ponto fundamental para se entender estes métodos em geral é que as
respostas das estruturas e dos equipamentos podem ser descritas como seus modos
normais de vibração. A resposta de uma máquina ou estrutura é sempre uma
combinação de modos de vibração. Na análise de uma estrutura, o primeiro passo é
dividir as faixas de frequências em bandas de oitava ou terça de oitava, as quais, por
sua vez, formam regiões de altas e baixas frequências.
A região de baixa frequência (até 250 Hz) fica caracterizada por uma escassez
de modos em cada banda, enquanto a região de alta-frequência é definida como
a região onde constantemente encontram-se três ou mais modos de vibração nas
faixas analisadas.
2.1
Regiões de Baixa Frequência
Na região de baixa frequência, a distribuição de velocidade nas superfícies é
calculada para cada modo de vibração. Para tanto, uma análise numérica padrão, tais
como o MEF, pode ser empregada. Para a análise, a estrutura é dividida em um
número finito de elementos de casca. O equilíbrio do elemento e os requisitos de
interconectividade são satisfeitos usando-se um sistema de equações diferenciais.
14
Se a resposta da velocidade global de uma estrutura é calculada usando-se o
MEF, então é necessário conhecer-se o amortecimento de cada modo de vibração (ou
alternativamente um valor global de amortecimento). Esses valores de amortecimento
são difíceis de ser calculados e geralmente são estimados a partir de medições e da
experiência adquirida com estruturas ou equipamentos semelhantes.
A velocidade estrutural v(r,r0) em um ponto
em uma área estrutural , devido a
uma força senoidal de excitação F(ω) em uma frequência forçada ω aplicada em rf, é
dada, segundo Ewins, por:
(2.10)
Onde ψlR(r0) e ψlR(rf) são as respostas normais do modo em locais designados
pelos pontos r0 e rf e Ns é o número de modos que têm contribuição significativa para
ω. A dependência do tempo t está implícita na equação anterior, onde a massa modal
é dada pela equação:
(2.11)
m(r0) é a densidade de massa de superfície (em kg/m2) em r0. A impedância
modal fica caracterizada (se houver uma dissipação de energia) pelo fator de perda nl,
como é usual em estruturas) por:
(2.12)
Se considerar um amortecimento viscoso, caracterizado pelo fator de
amortecimento critico, c , a impedância passa a ser dada pela equação:
(2.13)
Onde ωl é a frequência de ressonância. Como a impedância modal é complexa,
v(ω,r0) também deve ser complexa, ficando uma magnitude e fase relativa à função de
força F(ω). A velocidade ao quadrado, sobre a estrutura a ser analisada, deve ser
dada por:
15
(2.14)
Conhecendo-se a distribuição de velocidade superficial de uma estrutura devida
a uma força de excitação, o campo de pressão sonora que rodeia a estrutura (e
consequentemente, a intensidade sonora) pode ser calculado por qualquer dos
diferentes métodos apresentados a seguir.
16
2.2 Método de Helmholtz
O campo de pressões acústicas gerado por um corpo vibrando e fechado pode
ser descrito pela equação de Helmholtz. A pressão acústica gerada em um ponto r
devida a uma superfície vibrante com frequência
é dado por:
(2.15)
Onde a função de Green G é dada por:
(2.16)
Esta função de Green é aplicável tanto para uma superfície vibrando em um
espaço livre como em um espaço fechado. O valor r corresponde à distância desde a
origem do sistema de coordenadas ate o ponto onde a pressão acústica, p(ω,r), é
calculada. O valor r0 é a distância desde a superfície dS até a origem do sistema de
coordenadas e v(ω, r0) é a velocidade normal da superfície dS na frequência
. A
potência sonora radiada pela estrutura é calculada pela integração do produto da
pressão acústica pelo conjugado complexo da velocidade sobre a superfície. A
implementação numérica do produto anterior é conhecido como Método Direto dos
Elementos de Contorno.
2.3 Análise por Elementos de Contorno (MEC)
A implementação numérica do método de Helmholtz considera apenas os
contornos de um espaço fechado ou o contorno de uma estrutura irradiando ruído. O
MEC pode ser usado especificamente para:

Analisar problemas acústicos em espaços fechados

Determinar o ruído gerado por uma estrutura vibrante.

Avaliar o campo acústico gerado pela dispersão sonora causada por objetos
em um campo livre.
17
Por outro lado, o MEF requer a discretização do volume fechado para problemas
de análise de ruído no interior deste volume. A discretização ao longo do espaço que
circunda uma estrutura geradora de ruído deve levar em consideração o espaço
aberto. Como resultado, a análise dos elementos de contorno requer menos memória
computacional que a análise com o MEF. Por outro lado, a análise com o MEC implica
em maior trabalho na construção das equações matriciais para se chegar ao resultado
final. A diferença na geração geométrica de nós e estruturas estão apresentadas na
figura 3, onde o modelo de elementos finitos apresenta elementos estruturais
retangulares e nós como pontos e o modelo de elementos de contorno apresenta
elementos estruturais como linhas e nós.
Figura 3 Diferença entre os nós em elementos finitos e elementos de contorno
Os softwares que utilizam o MEC podem ser de dois tipos: os que utilizam o
método direto e os que utilizam o método indireto.
18
2.3.1 Método direto
O método direto envolve as equações de Helmholtz com a consideração
adicional do caso em que a pressão é avaliada na superfície de área S. A pressão
acústica em r dentro do volume devido a uma vibração de uma superfície fechada de
velocidade υ(ω,r) em um ponto r0 da superfície é dada pela equação:
(2.17)
Onde C(r) é uma constante dependente da localização de r,C(r)=1 quando o
ponto r está dentro do domínio acústico; C(r)=1/2, quando
está na superfície (r=r0)
Esta definição de C(r) é aplicável em problemas interiores, exteriores e de dispersão
acústica. A formulação do método de elementos de contorno requer que o vetor (que
é normal na superfície acústica) aponte para o exterior do volume acústico. Para
analisar um problema interior, o vetor normal à superfície tem que apontar fora da
dela. Para analisar um problema acústico exterior, os vetores apontam para dentro da
superfície fechada. Agora, se os dois domínios acústicos são de interesse, o método
indireto deverá ser utilizado.
No caso de um problema de varredura acústica, onde uma onda sonora se
choca com um objeto em um domínio acústico infinito, a equação anterior pode ser
sutilmente modificada de tal forma que a pressão total, que é a soma da pressão
incidente, Pi , com a pressão de varredura, Ps, pode ser expressa pela seguinte
equação:
(2.18)
Onde a amplitude incidente, Pi(ω,r) é a presença do objeto no domínio infinito,
dada por:
(2.19)
Onde kx, ky e kz são os números de onda componentes nas direções x, y e z,
respectivamente ;X2+Y2+Z2=(ω/c)2; e
2.3.2 Método indireto
é o modulo da amplitude da pressão acústica.
19
A formulação da equação de Helmoholtz para o método indireto é baseada nas
condições de contorno que envolve as diferenças de pressão acústica e as diferenças
nos gradientes destas. Este método serve, como foi dito anteriormente, para o cálculo
dos campos acústicos interiores e exteriores, como resultado de superfícies vibrantes
e fontes sonoras, e podem incluir aberturas que conectam uma região fechada com
uma região de campo livre. As matrizes associadas com o método indireto são
simétricas, o que implica em tempos computacionais menores que com o método
anterior que trabalha com matrizes assimétricas.
O método indireto é formulado como segue:
(2.20)
Onde a expressão do lado esquerdo é a gradiente das pressões em qualquer
ponto r pertencente ao domínio acústico na direção xi; Vxi é a componente de
velocidade da partícula em direção xi; e a expressão do lado direito é uma integral na
superfície de contorno onde:
(2.21)
É a diferença de pressão dos gradientes normais na superfície do modelo de
elemento de contorno e é denominado “salto de pressão” ou “potencial de dupla capa”;
e rs é um ponto na superfície de contorno;
(2.22)
É a diferença dos gradientes das pressões nos pontos rS1 e rS2 em lados opostos
da superfície de contorno e é denominado “potencial de capa única”.
20
2.4 Metodologia Integral de Rayleigh
Este método implica fazer uma avaliação da integral de velocidade na superfície
do objeto a fim de determinar-se a potência sonora irradiada pelo objeto. O método é
mais efetivo quando a estrutura ou o equipamento é dividido em painéis, que são
usualmente planos, mas de forma arbitrária. Duas hipóteses gerais devem ser
consideradas:
1. Presume-se que os campos sonoros dos painéis não se interferem de forma
destrutiva. Esta hipótese é satisfeita se a faixa de frequência analisada for
suficientemente longa (um terço de oitava ou uma oitava) ou se o comprimento
de onda é longo em comparação com as dimensões do painel.
2.
Os campos sonoros dos dois lados do painel não interatuam, hipótese esta
satisfeita se for parte de uma superfície fechada ou se está montada em um
defletor rígido, ou, ainda, se o comprimento de onda do som radiado for
pequeno em comparação com as dimensões do painel.
A integral de Rayleigh para o cálculo de pressão sonora, p, em r=(ω,θ,ψ)
causada por um painel de superfície S e com frequência ω, pode ser expresada por:
(2.23)
Onde V() é a velocidade normal no elemento de superfície dS na frequência ,
e r é a distância desde o elemento de superfície até o ponto onde a pressão está
sendo avaliada.
O som irradiado por cada painel é calculado integrando-se a amplitude de
pressão sobre uma superfície hemisférica no campo distante, tomando-se como base
do hemisfério a superfície plana do elemento. O somatório total da estrutura pode ser
calculado através da soma logarítmica de cada um dos painéis que compõem a
estrutura. A vantagem deste método é que pode-se calcular a potência sonora dos
painéis a qual pode ser usada no cálculo de níveis de som interior (como veículos),
assim como níveis de ruído exterior. O método de Rayleigh só é valido se o som
irradiado de suas superfícies vibrantes não for refletido ou difratado em nenhuma parte
do objeto vibrante.
21
A figura 4(a) mostra a estrutura de um painel plano irradiando som em um
espaço semi-infinito, estando o painel discretizado em quatro elementos e quatro nós.
A equação de Rayleigh (1.15) pode ser usada para estimar-se a pressão sonora em
um campo distante, o que pode ser usado no cálculo da potência sonora irradiada pela
estrutura. A hipótese de elemento plano é correta, mas deve-se ter precaução quando
se está trabalhando com superfícies que podem causar reflexão ou difração, como no
caso da figura 4(b), onde também deve-se ter cuidado no caso da figura 4(c), quando
só uma parte da superfície é visível a partir do ponto no campo afastado
e outras
superfícies vibrantes não são visíveis em decorrência da forma da estrutura.
Figura 4 (a) Superfície plana, (b) Superfície côncava com reflexões, (c) Superfície
convexa com uma superfície não visível no ponto P.
Para os casos de (b) e (c) os resultados da integral de Rayleigh podem se
mostrar errôneos, o que, para estes casos, recorre-se á analise pelo MEF.
2.5 Análises dos Elementos Finitos (MEF)
O Método dos Elementos Finitos tem múltiplas aplicações no campo da acústica,
tais como a análise acústica de espaços interiores, irradiação de som através de
estruturas, perda de transmissão entre painéis, projeto de silenciadores, difrações em
torno de objetos, e analise de vibração em navios. O MEF leva em conta os
acoplamentos bidirecionais entre uma estrutura e um fluido circundante, como ar ou
água.
Em problemas de interação de estruturas com fluidos, a equação de dinâmica
estrutural precisa ser considerada através da descrição matemática da acústica do
sistema, a equação esta dada pela equação de Navier-Stokes do momentum de um
fluido, e da equação da continuidade. A equação da dinâmica estrutural pode ser
22
modelada usando-se elementos finitos. As equações para representar o fluido devem
levar em conta as seguintes hipóteses:

A pressão acústica no meio fluido pode ser determinada a partir da equação da
onda.

O fluido é compressível onde as mudanças de densidade são devidas às
variações de pressão.

O fluido é invíscido, sem efeitos dissipativos devido à viscosidade.

Não há fluxo no meio fluido.

A pressão e a densidade acústica são uniformes em todo o fluido e a pressão
acústica é definida como a pressão excedente da pressão média.

As análises de elementos finitos são limitadas em relação a pequenas fontes
acústicas de pressão, então as mudanças acústicas são pequenas em
comparação com a densidade média.
Existem duas formas de implementação de elementos finitos para realizar-se
uma análise acústica: pressão e deslocamento.
2.5.1 Método da Pressão
A pressão acústica dentro de um elemento finito pode ser descrita da seguinte forma:
(2.24)
Onde Ni é um conjunto de funções lineares, Pi
são as pressões acústicas
nodais, e m é o número de nós que formam o elemento. A equação do fluido nos
elementos finitos é dada por:
(2.25)
Onde [Kf] é a matriz de rigidez do fluido, Mf é a matriz de massa do fluido e {Ff} é
o vetor de forças aplicadas sobre o fluído.{p} é o vetor de pressões nodais não
conhecidas, e {p} é o vetor da segunda derivada em relação ao tempo das pressões
acústicas. A equação de movimento da estrutura é dada por:
(2.26)
23
Onde K é a matriz de rigidez da estrutura, Ms é a matriz de massa,FS é o vetor de
cargas estruturais aplicadas, {U} é o vetor de deslocamentos nodais desconhecidos,
{ϋ} é a segunda derivada do deslocamento em relação ao tempo, equivalente às
acelerações dos nós.
A interação entre o fluido e a estrutura ocorre na interface entre a estrutura e os
elementos acústicos, onde a pressão acústica atua como uma força sobre a estrutura,
que por sua vez produz movimento que gera pressão. Para levar-se em conta o
acoplamento entre a estrutura e o fluido acústico, são adicionados termos nas
equações de movimento da estrutura e do fluido (ρ, densidade), ficando as equações
da seguinte forma:
(2.27)
(2.28)
Onde [R] é a matriz de acoplamento da superfície da área associada com cada
nó da interface estrutura - fluido. As equações anteriores podem ser reformuladas
incluindo-se os efeitos do amortecimento, como segue:
(2.29)
Onde [Cs] e [Cf] são as matrizes de amortecimento estrutural e do fluido. Esta
equação pode ser reduzida ao seguinte diferencial:
(2.30)
Um fato importante a ser ressaltado na equação anterior é que a matriz do lado
esquerdo corresponde a uma matriz não simétrica, e a solução das pressões nodais e
deslocamentos (U,p) requer a inversão desta matriz, resultando em perda de tempo e
de recursos computacionais. O método anterior leva em conta o acoplamento entre o
fluido e a estrutura e é significativo quando se trabalha com um fluido mais denso que
o ar (por exemplo, a água), ou se a estrutura é muito leve, como a cabina de um carro.
24
2.5.2 Método do Deslocamento
A maior vantagem do método do deslocamento quando comparado com o
método da pressão é que a equação matricial da equação (2.30) é simétrica, o que
permite uma resolução da equação mais rápida.
2.6 Análise Numérica Modal
As frequências de ressonância de um espaço acústico fechado podem ser
calculadas teoricamente para formas simples, tais como prismas retangulares. Para
geometrias mais complexas, um método numérico tem que ser utilizado. Os métodos
mais populares para a determinação de frequências críticas e modos de vibração em
elementos complexos são os já citados MEF e MEC. Para sistemas que envolvem
uma estrutura e um espaço fechado, os modos de vibração e as frequências de
ressonância, tanto da estrutura como do espaço que a rodeia, são calculados
separadamente e depois avaliados, utilizando-se, por exemplo, uma análise numérica
modal.
Os modos de vibração do volume são avaliados assumindo-se contornos
rígidos e os da estrutura, assumindo-se que a estrutura está livre no espaço.
Claramente podem-se utilizar os métodos MEF e MEC para analisar a interação
estrutura / espaço fechado sem recorrer-se à técnica de acoplamento modal. Porém,
recorrer às análises anteriormente citadas implica na utilização de uma grande
quantidade de recursos computacionais para a maioria dos sistemas práticos, tais
como veículos de transporte.
Para problemas acústicos, as frequências de ressonância de um volume são
dadas pelos autovalores da equação de Helmholtz, escritos em termos da velocidade
potencial como:
(2.31)
O lado direito da equação igual a zero significa dizer que o interior do volume
não tem uma fonte acústica. Para resolver a equação 2.31, às condições de contorno
têm que ser especificadas, as que são descrições matemáticas do espaço circundante
acústico em torno do volume. A condição de contorno típica para a solução da
equação é anular o gradiente de velocidade das partículas no contorno. É a chamada
25
“condição de contorno de Neumann” e pode ser escrita como
ou ∂φ/∂n
em
todo o contorno.
Os procedimentos para cálculo das frequências de ressonância e modos de um
sistema acústico ou estrutural são implementados na maior parte dos softwares MEF e
MEC comercialmente disponíveis na atualidade, e a teoria é amplamente discutida na
literatura especializada.
2.7 Regiões de altas frequências: Análise Estatística de Energia (SEA).
Nos anos 60 o desenvolvimento de novas tecnologias na área aeroespacial
marcou o início das primeiras aplicações de SEA. Este é um excelente método a ser
utilizado nas primeiras fases de projeto de uma estrutura porque sua aplicação requer
apenas alguns parâmetros e propriedades estruturais para construir o modelo.
Nos anos 70 e 80 SEA foi aplicada para analisar o ruído transmitido via
estrutura em navios e construções, sendo que hoje, muitos armadores têm o seu
próprio programa de SEA. A partir disto houve um interesse crescente em novas
aplicações incluindo automóveis, helicópteros, aeronaves e motores.
O nome SEA, consagrado no início da década de 60, enfatiza os principais
aspectos do método. A energia representa a variável independente e através dela são
obtidas outras variáveis dinâmicas.
Análise: significa que não se trata de um método especifico de cálculo, mas sim
de uma metodologia de análise. Diversas análises podem ser efetuadas para um
determinado modelo do sistema. SEA é uma metodologia de análise de fluxo de
energia entre subsistemas, respostas à excitações conhecidas e excitações a partir
das respostas medidas.
Estatística: Na análise por elementos finitos, a densidade de modos de
vibração por cada frequência de banda de oitava vai aumentando a medida que as
frequências a ser analisadas aumentam, provocando uma alta densidade modal a qual
não permite um estudo detalhado das frequências que geram estes modos de
vibração, devido ao anterior o comportamento a partir de faixas de frequências muito
altas para diferentes estruturas não podem ser mais que aproximadas estatisticamente
26
baseado em a experiência dos engenheiros encarregados de este tipo de análises.
Esta é a principal razão pelo uso do termo estatística nesta metodologia de análise.
Enfatiza também que o sistema em estudo é retirado de uma população de sistemas
similares, como por exemplo, automóveis de uma linha de produção. Presume-se que
o sistema sob estudo faz parte de uma população de construções similares e,
portanto, um modelo de SEA representa o comportamento médio de um grande
conjunto de sistemas físicos, ao considerar as frequências e formas dos modos
naturais do sistema como variáveis aleatórias.
O SEA é utilizado para calcular o fluxo e o armazenamento das energias
vibratória e acústica de um sistema complexo. A potência acústica total irradiada por
uma estrutura em particular, é calculada pela soma dos resultados de cada um dos
painéis que compõem a estrutura.
O método de cálculo principal está baseado no equilibrio energético calculado a
partir da energia que entra no sistema (no caso a estrutura) e a energia dissipada
dentro deste sistema.
A energia entra através da fonte de excitação externa e é armazenada na
vibração (nos modos de vibração da estrutura).
Esta energia é dissipada pelo
amortecimento estrutural e transferida entre as diferentes partes da estrutura por suas
diferentes articulações.
A entrada de energia em a estrutura devida à força de excitação é igual à soma
da energia total com energia a dissipada pelo amortecimento e pela irradiação do som.
A energia é também dissipada nas conexões entre painéis adjacentes.
O conceito principal empregado no SEA é que os diferentes sistemas que
compõem a estrutura transferem energia entre eles e a energia total da estrutura
precisa ser totalmente levada em conta.
27
Figura 5 Dois sistemas vibroacústicos conectados e com fluxo de energia
A equação que descreve o balanço energético do subsistema 1 é dada por:
(2.32)
Onde o lado esquerdo representa a energia que entra no subsistema 1, e o lado
direito, a energia que se dissipa no subsistema devido ao amortecimento ou pela
transferência para o subsistema 2 (η1 é o fator de dissipação ou fator de perda por
amortecimento - FPA,ω é a frequência central da faixa em
, E1 é a energia
total no subsistema 1 e W 12 é a energia que se transfere do subsistema 1 ao
subsistema 2). A equação (2.32) pode ser rearranjada de forma que:
(2.33)
Onde W 12=[ωη12E1]η21, Wη21=[ωη21E2]η12, η12 é o fator de perdida por
acoplamento, de o subsistema
a o subsistema , e η21 é o fator de perda devido ao
acoplamento entre os subsistemas. O fator de perda por acoplamento representa a
energia que é transferida entre os subsistemas, o qual varia com a frequência e pode
28
ser determinada numericamente usando-se o MEF, ou experimentalmente. O FPA
pode ser também determinado de forma experimental.
Um dos princípios mais importantes na utilização do SEA é a determinação da
amplitude de resposta de um sistema em várias frequências e, para tanto, a
determinação do amortecimento é muito importante, embora de difícil estimativa. É
possível obter-se qualquer valor de resposta ajustando-se os valores de FPA. Porém,
fazendo-se isso, alteram-se os valores de energia nos sistemas e, portanto, o fluxo
energético entre os subsistemas.
Um sistema complexo modelado através do SEA pode ser pensado como uma
rede de subsistemas, onde o fluxo energético vai entrando e saindo, armazenando-se
energia dentro dos subsistemas. Dessa forma, alteram-se os FPA’s para garantir o
roteamento da energia que flui pela rede.
A relação dos fatores FPA e CLF (Coupling loss factor) é dada pela seguinte
equação:
(2.34)
Onde ηi é definido como a densidade média dos modos vibro acústicos
η(ω)=N/Δω
N é o número de modos que estão em ressonância (oitava ou terça de oitava) na faixa
de frequência Δω, centrada na frequência ω. Considerando-se o caso geral onde temse k subsistemas interconectados, o sistema de equações do balanço energético pode
ser formado na seguinte equação matricial:
=
(2.35)
Ou de forma simplificada:
(2.36)
Onde [C] é a matriz k x k dos fatores de acoplamento, {E}é o vetor k x 1 das
energias dentro de cada subsistema, e {W} é o vetor k x 1 das energias de entrada em
cada subsistema, conhecida a partir de medições, o que permite calcular a energia {E}
de cada subsistema pré-multiplicando-se cada um dos lados da equação pela inversa
de ω[C].
29
A partir da equação anterior multiplicada, a energia em cada subsistema é
calculada, na pratica é usual calcular-se a amplitude de resposta para sistemas
estruturais que determinam a velocidade média da estrutura, para sistemas acústicos
determina-se a pressão média quadrática, dada por:
(2.37)
A análise de sistemas vibro-acústicos utilizandose o SEA pode ser realizada
utilizando-se softwares tais como o SEAM (Statistical Energy Analysis Modeling).
2.8 Métodos Semi-Empíricos
A predição do NPS (nível de pressão sonora) gerado por um equipamento, é,
geralmente, muito difícil, devido principalmente à existência de uma grande quantidade
de mecanismos geradores de ruído na indústria, não só em aplicações navais assim
como em outros campos da engenharia.
Além disso, mesmo equipamentos de
comprovada eficiência podem produzir ruído (mais eficiência não significa,
necessariamente, menos ruído).
No entanto, trabalhos que tratam desta temática têm utilizado um princípio
básico de predição de ruído em maquinas, que, em resumo, fala o seguinte: o ruído
produzido por qualquer processo é ser proporcional à taxa de variação da aceleração
das partes que participam do processo. Isso significa que, quanto menor a variação de
aceleração, menor o ruído, e vice-versa.
Tabelas para realização de estimativas podem ser encontradas em diversas
publicações, tais como a ref. [18] cap. XI, Arquitectual Acoustics[19] cap. XIII, e os
mais específico para aplicações navais [9] e [10].
No caso de navios e plataformas, um modelo semiempirico teria que ser um
modelo hibrido que utilize elementos do SEA, somado a um modelo de engenharia
acústica que utilize diversas características de absorção sonora e transmissibilidade
de diferentes materiais a utilizar e formulas empíricas e base de dados verificadas por
testes a bordo de diversos navios.Os algoritmos tem que incluir uma gama de fatores
que podem ser específicos de embarcações ou plataformas, incluídas superfícies
30
molhadas, tamanhos e orientação das diversas fontes em espaços confinados nas
praças de máquinas dos navios, fontes hydrodinamicas como propulsores e bow
thrusters e ruído de origem externo como o batimento das ondas do mar.Este modelo
semiempírico idealmente tem que se adaptar em diversos navios e plataformas
oceânicas. Ao modelo também podem se adicionar mecanismos de simulação de
controle de ruído nas habitabilidades para determinar o efeito das mudanças de
diferentes superfícies dos compartimentos e avaliar o nível global de ruído com estas
mudanças.
31
Capítulo 3 - Metodologia Proposta para Predição de Ruído
Seguem o método proposto, a forma de analisar o nível de ruído total gerado em
um compartimento é pela soma logarítmica de três parcelas; ruído aéreo, estrutural e
HVAC (ventilação, aquecimento e ar acondicionado). Pode-se observar na seguinte
figura como é organizada a lógica de cálculo a través da metodologia.
Figura 6. Método de analise de ruído no navio.
Na sequência serão apresentadas as formulações utilizadas no cálculo das
parcelas de ruído aéreo, estrutural e HVAC.
3.1 Descrição do Ruído Aéreo
A parcela de ruído aéreo do modelo computacional utilizado no programa AR³
tem como objetivo estimar o nível de ruído de um compartimento devido à influência
de fontes de ruído externas e internas. A metodologia para se estimar a contribuição
de ruído de uma fonte externa para um compartimento receptor é baseada na
distância, frequências de banda de oitava e nos obstáculos encontrados. As fórmulas a
seguir mostram a atenuação do ruído aéreo devido ao fator distância e aos obstáculos:
32
(3.1)
A equação 3.1 serve para estimar o ruído em áreas abertas, onde LP é a pressão
sonora em dB re 20µPa do volume do receptor, LW é a potência sonora da fonte em dB
ref. 10-12 Watt , r é a distancia entre a fonte e o centro do volume receptor em metros,
o valor -8 é uma constante em
e TL é a perda de transmissão sonora em
frequência de banda de oitava (varia seguem o tipo de material) a formulação é obtida
da ref. [14]. A equação é aplicável a uma fonte sonora pontual. Quando se trata de
mais de uma fonte, leva-se a cabo a adição logarítmica para cada distância e
frequência central de banda de oitava.
A equação 3.2 é utilizada na previsão de ruído em espaços fechados:
(3.2)
Onde V é o volume do compartimento em (pé3), f a frequência em banda de
oitava, LW a potencia em dB ref. 10-12 Watt e 25 é uma constante fornecida pelo autor
da fonte (ASHRAE, Acoustics Fundamentals Handbook), a equação anterior
estabelece que a pressão sonora não depende das características de absorção sonora
dos materiais que compõem o compartimento em geral, esto só para o caso de ruído
aéreo.
Para o cálculo do ruído aéreo no programa AR3, o valor de LW é fornecido pelo
fabricante, mas, para o caso dos valores de potência sonora não estarem disponíveis,
este valor é determinado pelas fórmulas da referência [10], capítulo 6, onde são
fornecidas as potências sonoras para diferentes tipos de máquinas presentes no navio
ou plataforma.
Para um cálculo mais amigável, foi criado um complemento no
programa AR3 que ajuda na obtenção mais rápida dos valores.
33
3.2 Ruído HVAC
Podem se identificar duas componentes importantes no ruído HVAC, as fontes
emissoras, e os meios de propagação.
3.2.1 Fontes Emissoras
As fontes emissoras de ruído nos sistemas de HVAC são predominantemente
representadas por ventiladores e/ou compressores das unidades de refrigeração.
Dentre esses ventiladores e compressores, existem modelos de diferentes princípios
de funcionamento, e assim, para se estimar o nível de emissão de ruído, recomendase utilizar as informações do fabricante sobre esse nível de acordo com o ponto de
operação do equipamento.
3.2.2 Meios de propagação
Os meios de propagação de ruído na parcela HVAC são os dutos de ventilação
que chegam aos volumes receptores. Diversas tabelas de cálculo de ruído de HVAC
são apresentadas nos livros [9] e [10]. Estas tabelas descontam o ruído gerado nas
fontes de acordo com a quantidade de curvas e o comprimento do caminho percorrido
pelo ar.
3.3 Ruído Estrutural
A metodologia de cálculo de ruído estrutural apresentada a continuação está
baseada nos estudos de Fischer et all especificamente das referências [9] e [10].
Consiste em um método hibrido de previsão de ruído que por um lado utiliza
formulas semiempíricas para a obtenção de nível de ruído estrutural na fundação de
máquinas a partir de características como a potencia de trabalho, revoluções por
minuto, comprimento e largura da fundação e posição dentro do arranjo geral do
modelo, para a determinação da perda de transmissão de ruído estrutural desde a
fonte até o receptor utiliza uma simplificação do método estatístico da energia
tomando em conta uma menor quantidade de elementos ou sub-sistemas
34
Esta metodologia prioriza a dissipação da energia pelas descontinuidades
estruturais encontradas entre a fonte e o receptor, mormente quando as fontes estão
bem afastadas.
Os três seguintes fatores importantes devem ser considerados na análise do
ruído estrutural:

Interação entre os equipamentos e a estrutura;

Transmissão da energia vibracional através da estrutura metálica;

A interação entre as estruturas vibrantes (chapas, painéis reforçados, costado,
entre outros) e o meio ambiente (radiação de ruído nos compartimentos e no
meio marinho).
Dentre esses três aspectos, o terceiro é o que apresenta os maiores problemas,
pois a estrutura é a ligação entre a fonte de ruído e o meio receptor. O fluxo de
energia que caminha pela estrutura é o objetivo do estudo. A energia vibracional
transmitida pelos elementos estruturais é dissipada pelo amortecimento, transformada
em calor e irradiada como energia sonora, causando, na maioria das vezes, altos
níveis de vibração e ruído. A energia vibracional é transmitida pela estrutura através
de ondas do torcionais, longitudinais e flexionais.
O ruído irradiado é majoritariamente causado por ondas flexionais, mas isso não
quer dizer que a estrutura está com predominância de ondas desse tipo.
Consiste, resumidamente, em transformar a energia de entrada, da fonte de
ruído ou vibração, em ondas vibracionais que serão amortecidas pela estrutura,
através das descontinuidades estruturais, e, posteriormente transformadas novamente
em ruído aéreo, por meio da vibração de elementos estruturais do compartimento
receptor.
35
3.3.1 Metodologia de Cálculo do Ruído Estrutural.
A metodologia foi implementada computacionalmente no programa AR3,
simplificando a predição do ruído estrutural. Essa análise divide-se em três etapas:
- Especificação das fontes;
- Especificação dos acoplamentos, geometria do navio;
- Especificação das anteparas e divisórias.
Essas especificações são as informações necessárias para a predição do ruído
estrutural através desse modelo semiempírico, como será visto a seguir.
O programa AR³ possui um grande banco de dados a respeito dos itens citados
acima, mas, como citado anteriormente, quanto mais fiel forem os dados de entrada,
melhor o resultado, então, se o fabricante fornecer os dados necessários sobre o
equipamento ou o material estudado, com certeza serão obtidas predições com um
menor nível de erro, mas, quando isso não é possível, utilizam-se dados do banco de
dados do AR³ e os fornecidos pelas referências bibliográficas [9] e [10], através das
diferentes fórmulas que descrevem a potência das diferentes fontes presentes no
navio.
3.3.2 Níveis de Ruído Estrutural da fonte.
Para fontes de ruído estrutural, os níveis de ruído são dados em termos do nível
de aceleração livre, em decibéis, em relação à aceleração de
definido pela
equação:
(3.3)
onde:
La - nível de aceleração em dB re 10-6 cm/s2
a - aceleração
a0 - aceleração de referência 10-6 cm/s2
re - referência
36
Quando os níveis de ruído são expressos em termos de velocidade livre em
decibéis em relação à velocidade de 10-6 cm/s, a conversão para níveis de aceleração
é feita pela fórmula:
(3.4)
onde:
Lv - nível de velocidade (em dB relativo ao nível de
)
f - freqüência central da banda de oitava
As fontes de ruído típicas num navio são descritas a seguir:

Motor diesel

Caixas redutoras

Bombas

Compressores de ar

Motores elétricos e geradores

Ventiladores

Propulsores laterais e azimutais
Podem se estabelecer duas formas de inserir os dados de ruído estrutural nas
fundações das fontes, uma é a través de medições de nível vibração na fundação das
fontes e outra é empiricamente.
37
As condições para realizar as medições nas fundações das máquinas são
fornecidas
seguindo
normas
internacionais
estabelecidas
pelos
órgãos
governamentais no pais de construção do navio ou plataforma, o cumprimento das
normas vai depender da sociedade classificadora que acompanhou a construção do
mesmo e as normas da bandeira de registro da nave.
No caso de não ter dados de vibração na fundação no momento de fazer o
modelo é utilizada a formulação estabelecida na referência [10].
A seguir são apresentadas as principais fontes de ruído no navio e suas
formulações:
A.Motores diesel: funcionando a menos de 1000 rpm:
dB re 10-6 cm/s2
(3.5)
Onde P é a potencia em KW, Rrpm é revolução meia do motor, Orpm
corresponde á revolução na condição de operação do motor (85% de regime de
trabalho, 50%, etc.), Δ corresponde ao ajuste de banda de oitava da metodologia
através da seguinte tabela 1:
Tabela 1 Ajuste de banda de oitava para o ruído estrutural de um motor diesel.
Frequência (Hz)
31.5
Δ(dB re 10-6cm/s2) -17
63
125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000
-19 -20
-21
-24
-28
-34
-43
-50
-50
38
O segundo para o ruído estrutural do motor diesel vem dado pela seguinte
formulação:
dB re 10-6 cm/s2
(3.6)
onde A e B vem dados pela seguinte tabela fornecida na metodologia:
Tabela 2 Ajuste em banda de oitava para as constantes A e B de um motor diesel em
função das RPM de trabalho.
Frequência
31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000
100-250 rpm
A
74
73 73
63
63
60
58
56
54
54
B
4
3
10
7
6
1
1
1
1
A
86
82 80
78
80
75
69
64
59
59
B
1
3
8
6
5
1
1
1
1
A
91
86 85
83
85
83
79
78
77
77
B
6
6
5
6
7
4.5
4
3
2
2
250-600 rpm
3
600-1000 rpm
8.5
Finalmente os valores Lab1 e Lab2 são reunidos em a seguinte equação:
dB re 10-6 cm/s2
(3.7)
dB re 10-6 cm/s2
(3.8)
B.Bombas:
Δ1 é um ajuste dependendo da ubiquação da bomba, -10 dB re 10-6 cm/s2 sem a
bomba não tem amortecedor e 0 dB re 10-6 cm/s2 sim tem amortecedor.
Δ2 vem dado pela seguinte tabela:
Tabela 3 Ajuste em banda de oitava para ruído estrutural em bombas.
Frequência (Hz)
31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000
Δ2(dB re 10-6cm/s2) 85
92 94
98
101 104
107
107
112
112
39
C.Outras fontes:A tabela 4 contém outros equipamentos que podem ser encontrados
a bordo de um navio ou plataforma e formulações para cada um, os valores Δ
corresponde a ajustes em banda de oitava dependendo do tipo de máquina á ser
analisado.
Tabela 4 Dados de entrada para o cálculo de ruído estrutural em outras fontes.
Equipamento
Caixa de redução
Thrusters e
Azimutais
Compressor de ar
Dados de Entrada
Formulações semiempíricas
Potência ou Potencia e
fator de redução (
Potência
Observações
Em a maior parte dos
casos não são fornecidas
as especificações
técnicas da caixa de
redução e
fica como
uma constante não
conhecida.
Consideram-se como
trhusters os propulsores
laterais e azimutais,
é
um ajuste de banda
de oitava.
Potência
Correspondem a
ajustes de banda de
oitava dependendo do
tipo de fundação.
Outras variáveis que entram no cálculo de ruído estrutural da fundação da
maquina é o tipo de fundação, peso da máquina e tipo de isolador (Sem amortecedor,
baixa frequência, alta frequência ou dois estágios), detalhes para o calculo seguem
cada equipamento é apresentado na ref.[9] e atualizado em [10].
Tendo os dados anteriores pode-se supor a condição de trabalho do navio ou
plataforma, assim pode-se estabelecer, a modo de exemplo, no caso de um navio que:

Se em uma condição de navegação, os motores estiverem funcionando a 85%
da potência máxima, o gerador diesel estiver em stand-by e o navio estiver
funcionando com gerador de eixo.

Se em uma condição de manobras, os motores diesel estiverem trabalhando
para suprir energia para os equipamentos hidráulicos, os motores principais
estiverem em stand-by e o bow thruster estiver operando com pelo menos 40%
de capacidade.
40
3.3.3 Caminhos de Transmissão:
O ruído estrutural pode ser gerado nas estruturas de uma unidade, tanto
diretamente, pelo acoplamento de equipamentos vibrantes na estrutura, quanto
indiretamente, através da incidência do ruído aéreo na estrutura da unidade gerando
vibração. Para as fontes que geram ruído estrutural diretamente, os elementos que
fazem parte do caminho de transmissão, desde a fonte até o volume receptor, são:

Acoplamentos

Fundações

Estruturas da unidade (anteparas, conveses)

Vibração estrutural interagindo com o ambiente, pode ser ar ou
líquidos onde vão se gerar ruído nesses ambientes.
Para o ruído estrutural gerado indiretamente pelo ruído aéreo, os elementos que
fazem parte do caminho de transmissão são:

Do ambiente que rodeia a estrutura excitando a esta.

A mesma estrutura transportando a energia vibracional.

A Energia vibracional da estrutura novamente transformada em
ruído aéreo em o ambiente receptor.
Essa metodologia está baseada na perda de intensidade pela transmissão, ou
seja, quanto mais barreiras existirem no caminho da fonte ao receptor, mais energia
será dissipada, e, consequentemente, menos energia sobra para se transformar em
ruído aéreo no ambiente receptor.
Os fatores de perda de energia na transmissão estrutural podem ser descritos
pelos seguintes exemplos reais:

Acoplamentos
(equipamentos-fundações
as
que
vão
gerar
amortecimento e por consequência perda de energia vibracional).

Fundações (estruturais ou tubulares) que também vão absorver energia
vibracional da fonte.
41

Área efetiva ocupada na instalação da fundação o que vai fazer variar a
perda de ruído estrutural dependendo do tamanho da fundação da
máquina que suporta a mesma.

Interseções estruturais a través da estrutura o que vai dissipar a energia
vibracional.
Figura 7.
Esquema de propagação de ruído em um navio
42
3.3.4 Perdas na Propagação do Ruído Estrutural.
No que se refere às perdas sofridas entre a fonte vibrante e um volume receptor,
primeiro é necessário definir-se uma fonte emissora e um volume receptor:
Figura 8. Esquema de um navio indicando uma fonte (motor principal) e um receptor.
Existem infinitos caminhos possíveis entre uma fonte e um compartimento, o que
traze um problema na escolha da infinidade destes caminhos traduzido em que a
melhor escolha poderia ser o que apresenta menor impedância, e por consequência
menor perda de transmissão, este problema pode trazer como consequência um
aumento do tempo de cálculo de computador e requererá uma alta capacidade de
memória, devido a isso foi considerado no método que o caminho entre fonte e
receptor é o menor caminho possível entre os dois. Esse menor caminho pode ser
estabelecido fazendo-se um corte através de um plano vertical que contenha a fonte e
o centro do volume receptor, atravessando os diversos volumes do navio. O menor
caminho vai estar contido neste plano cortante.
43
Figura 9. Esquema do plano cortante de ruído estrutural.
Figura 10 Plano vertical: Menor caminho entre a fonte e o receptor
As perdas de transmissão de ruído neste caminho deverão ser, em geral, de três
tipos:

Perdas no interior do volume que contém a fonte

Perdas pelo caminho até o receptor

Perda pelos tipos de intersecções geradas pelos volumes
44
3.3.5 Perda no Interior do Volume
Essa perda é definida por uma fórmula geométrica e tem um valor único que
depende do espaço que envolve a superfície da fonte em questão.
Figura 11. Projeção da Máquina no Volume
onde:
r1 e r2 -Distância entre o centro do fundamento da máquina e o médio do
painel que interessa dependendo da direção de propagação.
rfr
-Distância mínima entre cavernas (constante de entrada)
a
-Comprimento da máquina
b
-Largura da máquina
Os comprimentos e larguras das máquinas vão depender da referencia no
desenho no navio, em geral a constante de entrada
vem dada pelo valor do
comprimento Lx no programa e b por Ly.
A perda é dada pela fórmula:
(3.9)
onde:
45
(3.10)
(3.11)
∆La é um valor constante.
Para viabilizar o cálculo automático deste valor, recorre-se à geometria
computacional, onde a ideia é determinar-se a direção de propagação do ruído
estrutural entre o centro da fonte e o centro do volume do receptor. A figura 12 mostra
a iteração executada no programa.
Figura 12 Esquema para o cálculo da perda de ruído Estrutural no volume da fonte.
46
3.3.6 Perdas no caminho até o receptor
Como foi descrito anteriormente, a formulação utilizada para descrever a
transmissão e perda de ruído estrutural até chegar ao receptor, está baseada em uma
simplificação do método SEA, neste caso o subsistema utilizado para modelar é
limitado a um painel com características como densidade, espessura e fator de perda
(η).
No caminho entre a máquina e o receptor vão se apresentando as perdas devido
ao amortecimento de cada um dos painéis que recorre o ruído estrutural desde a
primeira intersecção, fora do volume da fonte, até o painel mais próximo no convés
que compõe o volume receptor. Essa perda deve ser definida em termos das
frequências de banda de oitava e vai depender do fator de perda de cada painel e da
largura do caminho entre o limite do volume da fonte e o centro do painel mais próximo
no convés do volume receptor.
Figura 13 Propagação ruído estrutural
47
No caso da figura 13, a linha vermelha indica o caminho mais curto,L1,L2,L3 e L4
definem o comprimento do caminho definido pela direção geométrica mais curta entre
a fonte e o receptor, η1, η2, η3, definem os fatores de perda de cada painel até o
volume receptor, os quais são determinados estatisticamente segundo a referência
[12]. No caso de L5,L6,η5 e η6 são necessários na obtenção do valor da perda até o
painel e o piso mais próximo.
A fórmula para se obter a perda de transmissão pelo caminho será expressa por:
(3.12)
onde:
f - é a frequência de banda de oitava (31,5 Hz até 16 KHz)
N- é o número de estruturas entre o compartimento da fonte e o
compartimento receptor (incluindo este último)
l - é o comprimento do caminho atravessando cada painel entre a fonte e
o receptor (metros)
η - é o fator de perda da i-ézima estrutura-painel.
t - é a espessura de cada painel (inseridos em cm no AR3 mais
transformado em metros na sub-rotina do programa)
i - é o índice da estrutura
3.3.7 Fator de Perda (η):
O fator de perda ou “loss factor” em inglês é definido em acústica como uma
grandeza de amortecimento do tipo viscoso, usualmente tem significância como um
fator de perda estrutural baseado em o efeito de amortecimento inerente do material
(Histérese) que compor alguma estrutura. Para um material solido é definido como o
modulo de elasticidade complexo E´=E(1+jη) onde E é o modulo de Young de
elasticidade. Também esta relacionada com o fator de amortecimento critico (ζ)
através da seguinte formula:
(3.13)
Outra formula na acústica para determinar o fator de perda é através do tempo
de reverberação T60 e a frequência:
48
(3.14)
onde é gerado um impulso com um martelo ou um agitador mecânico para obter
a resposta
em uma estrutura, o problema neste caso é que a estrutura pode estar
acoplada a outros elementos como no caso do navio e tem que se considerar o efeito
de estes sobre a medição.
A isso se soma a complexidade do navio devido à presença não só do painel,
como assim também de cabos elétricos, tubulações, estruturas soldadas e
equipamentos navais que também alteram o fator uma vez instalado o painel na
estrutura, tornando o analise do fator um problema mais complexo, tornando η a maior
fonte de incerteza na predição de ruído estrutural em torno a um 20% [33].
Por este motivo recorre-se à seleção de estimativas com base na referência
[12].O fator de amortecimento depende se a estrutura é composta por um ou mais
materiais. Esta hipótese baseia-se no fato de que uma estrutura com material de
isolamento pode dissipar mais energia do que sem esse tipo de material. Isso se deve
à impedância de cada material. Assim, no momento da onda sonora entrar em um
material composto, a impedância fará que a velocidade das ondas seja diferente,
fazendo que a onda se anule em alguns pontos, gerando uma perda de energia
transmitida pela estrutura. O programa AR³ apresenta sub-rotinas que decidem entre
três valores possíveis para o fator de perda, que podem variar de acordo ao numero
de camadas da estrutura.
Três configurações estão apresentadas por banda oitava, conforme mostram as
figuras 14 a 16, o primeiro caso é só da estrutura (fig. 14 material principal de
construção do navio), o segundo é a estrutura e material de isolamento em uma das
faces (fig. 15) e por último, material de isolamento nas duas faces (fig. 16). Estes
fatores são obtidos de tabelas estatísticas em banda de oitava pressentes na ref.[12] e
estimados no caso das frequências 31.5 Hz e 16000 Hz.
49
Fator de perda(η)de um material
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
31,5
63
125
250
500
1000 2000 4000 8000 16000
Figura 14 Características de amortecimento da estrutura em frequência de banda de
oitava.
Fator de perda (η) de dois
materiais
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
0
31,5
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000 16000
Figura 15 Fator de amortecimento de estrutura mais um recobrimento.
50
Fator de perda (η) tres
materiais
0,12
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
0
31,5
63
125
250
500 1000 2000 4000 8000 16000
Figura 16 Características estimativas do fator de perda da estrutura recoberta por
ambas caras.
51
3.3.8 Perda Pelas Intersecções Entre os Volumes
Essa é a perda devido às intersecções que ocorrem no caminho desde o volume
da fonte até o volume receptor, onde cada uma das intersecções varia de acordo com
o tipo de junção formada pelos painéis, esta perda tem seu paralelo em SEA com a
perda por acoplamentos. Este tipo de acoplamento pode se apresentar em 3
configurações distintas, tipo T, tipo Cruz(quatro interseções) e tipo L onde temos dois
painéis com diferentes espessuras. As seguintes fórmulas devem ser aplicadas para o
cálculo da perda por interseção:
(3.15)
Onde N é o número de intersecções entre a fonte e o volume receptor e n é o
número da interseção entre o volume da fonte e o compartimento do receptor (1, 2 ou
3). TLn passa, então, a ser dada por:
dB re 10-6cm/s2
Onde
(3.16)
é dado pela seguinte equação:
(3.17)
Para a qual as características dos materiais dos painéis são:
•
ρ- densidade da placa estrutural do painel(kg/cm3).
•
t- espessura do painel(centímetros).
•
o subíndice i deve se referir à placa que entrega a energia e o subíndice
j à placa que recebe a energia.
O valor numérico obtido do cálculo de τij é constante e diminui em todas as
frequências de banda de oitava dos cálculos anteriores.
A soma dos três valores, A, B e C em cada banda de oitava representa a perda
de ruído estrutural desde a fundação da máquina ou fonte até o centro do painel mais
próximo dentro do volume receptor e seu respectivo piso ou convés.
52
3.3.9 Interação Estrutural Acústica.
A estrutura do navio tem a propriedade de absorver ruído, como também de
gerar devido a influência de forças de excitação externas como as máquinas auxiliares
e sistema propulsor.A influência anterior aplicada no âmbito acústico gera interações
de dois tipos: o ruído estrutural sendo transformado em ruído aéreo de um lado e o
ruído aéreo sendo transformado em ruído estrutural do outro.
3.3.10 Conversão de Ruído Estrutural para Ruído Aéreo
A potência sonora irradiada por uma estrutura vibrante depende de fatores tais
como a amplitude da vibração estrutural, as dimensões das estruturas vibrantes e dos
movimentos das superfícies das estruturas vibrantes. Serão apresentados os métodos
para a estimativa da função de transferência da vibração estrutural dos painéis em
potência sonora estrutural.
Normalmente, em um compartimento para o qual estruturas vibrantes geram
ruído, as anteparas e conveses desse compartimento possuem basicamente painéis
estruturais quase de mesma dimensão e de mesmos níveis de aceleração. Assim,
nesse procedimento calcula-se, primeiramente, a função de transferência para um
painel típico.
A quantidade 10log(n), onde n é o número de painéis radiantes na antepara ou
no convés, deve ser adicionada à função de transferência de um único painel para,
então, obter-se a função de transferência para toda a antepara ou convés. A função
de transferência (TF) para uma antepara ou convés fica sendo dada, então, pela
equação:
(3.18)
onde:
LW - nível de potência sonora irradiada em dB referido a watts-12
La - nível de aceleração de vibração do painel vibrante
f
- frequência central da banda de oitava (Hz)
Ap - área da superfície do painel típico (m2 no programa e transformado
em pés² na sub-rotina) (1 lado)
σrad- eficiência de radiação de um painel típico (sem unidad)
η - número efetivo de painéis.
53
O número efetivo de painéis é a ração entre a área da fundação do equipamento
que emite o ruído e a área do painel ou convés (Seguem seja cálculo para determinar
a radiação do painel ou convés) mais perto do volume receptor a analisar.
A referência [10] apresenta uma forma de cálculo para σrad, conforme
apresentado a seguir:
A frequência crítica, calculada anteriormente para o aço, o alumínio e o vidro é
definida por:
(3.19)
Onde t é a espessura do painel que irradia o ruído em polegadas. Para outros
materiais que não sejam os nomeados anteriormente a equação é dada por:
(3.20)
Onde c é a velocidade do som no ar, 335.28 m/s t é a espessura do painel em
centímetros (polegadas na referencia), CL corresponde à velocidade da onda
longitudinal propagada através do material (para o aço e o alumínio 5150 m/s ). A
eficiência da radiação é calculada para três casos de frequência; embaixo, acima e
igual a fc.
Abaixo da fc:
σ
(3.21)
onde: Pp=2*(Lx+Ly); S=Lx*Ly com Lx e Ly sendo as dimensões dos painéis e
conveses que compõem o compartimento (em metros);af =(f/fc)2;
velocidade do som no ar e:
= C/fc, C é a
(3.22)
(3.23)
54
Uma eficiência de radiação de 0 dB tem que ser utilizada na banda de oitava
que contém a frequência crítica. Para as bandas de oitava para acima da frequência
crítica deve-se utilizar a expressão:
(3.24)
Para as faixas de frequência de banda de oitava abaixo da frequência crítica é
necessário adicionar 3 dB para os painéis do navio analisados, por exemplo:
10log(σrad)+3dB re watts-12, onde σrad é determinado segundo as formulações já
expostas anteriormente. Acima da frequência critica a eficiência da radiação é apenas
10log(σrad) dB re watts-12.
Na banda de oitava contendo a frequência crítica a
eficiência da radiação é 0 dB.
A referência [10] também apresenta algumas eficiências de radiação típicas para
alguns materiais e compostos de navios, apresentadas na tabela 2:
Tabela 5 Eficiência de radiação, 10log(σrad) dB re watts-12 típica para materiais usados
na indústria naval
Frequência (Hz)
31.5
63
125
250
500
1000
2000
Coberta com material de recobrimento poroso.
-11
-10
-10
-8
0
3
0
Painel de aço com recobrimento Lá mineral de 50 mm
-15
-15
-15
-12
-10
-8
-2
Painel Beta, 4.3 Lb/pés²
-20
-19
-17
-15
-13
-9
-1
Madeira aglomerada de 1``e superfície dura.
-12
-11
-11
-11
-10
3
1
Painel de Marinite
-19
-19
-17
-11
-10
-5
4
Com o anterior a função de transferência (TF) foi inserida no programa AR3
para o cálculo da potencia sonora emitida pelo ruído estrutural.
3.3.11 Conversão de Ruído Aéreo para Ruído Estrutural
O ruído aéreo incidente na estrutura do navio excita a estrutura e faz com que
ela vibre. Entretanto, a relação entre os níveis de ruído aéreo incidente na estrutura e
os níveis de ruído estrutural gerado pelo ruído aéreo não é a mesma, e vice-versa.
Por exemplo, as funções de transferências apresentadas na seção anterior não
mostram a dependência da densidade volumétrica da estrutura na formulação.
55
Estruturas mais pesadas são menos excitadas pelo ruído aéreo do que estruturas
mais leves.
As funções de transferência para estruturas de aço e alumínio são
diferentes devido à densidade volumétrica dos dois materiais. Além disso, a carga de
líquidos (água ou óleo) na parte molhada da estrutura irá diminuir a resposta da
estrutura para o ruído aéreo, por isso as funções de transferência para estruturas
secas e molhadas são diferentes. Para o ruído aéreo incidente numa estrutura de aço
“seca”, a função de transferência para cada banda de oitava será o menor valor entre
as equações:
30log
10 6
/ 2
(3.25)
(3.26)
La - nível de aceleração da vibração da estrutura em dB re 10-6 cm/s2
onde:
Lp -nível de pressão sonora no espaço considerado em dB re 10-6 cm/s2
h - espessura do chapeamento da estrutura (cm)
f - frequência central da banda de oitava (Hz)
Ap- área da superfície do painel típico (cm²) (1 lado)
ɑ - razão comprimento/largura do painel (normalmente > 1)
-57 corresponde a uma constante da formulação semi-empírica em dB
-6
re 10 cm/s
2
O procedimento para calcular 10log(σrad) está descrito na seção anterior. Para o
ruído aéreo incidente numa estrutura de alumínio “seca”, a função de transferência
será o menor valor entre as equações:
30
10 6
/ 2
(3.27)
O valor 45 corresponde a uma constante da formulação semi-empírica
em dB re 10-6 cm/s2.
56
(3.28)
Para o ruído aéreo incidente em uma estrutura de aço “molhada”, a função de
transferência do ruído aéreo para o ruído estrutural é dado pela equação 3.24:
Aph−20loga−10logh+12,8hfdB
10 6
/ 2
(3.29)
Para o ruído aéreo incidente em uma estrutura de alumínio “molhada”, a função
de transferência do ruído aéreo para o ruído estrutural é dado pela equação 3.25:
–
2
− 20
−10
+33,6
10 6
/ 2
( 3.30)
3.4 Integrações dos Módulos no AR³
O nível de ruído resultante das saídas de ruídos estrutural, aéreo e de HVAC
(quando este for incluído) vai se adicionar de forma logarítmica em cada banda de
oitava e nas mesmas unidades da potência sonora (dB ref 10-12 Watt), e logo, para
determinar-se o nível de pressão sonora no compartimento, o ambiente acústico deve
ser levado em consideração, como mostra a equação a seguir:
–
Onde:
Lp = nível de pressão sonora em dB referido a 2x10-5 N/m2
Lw = nível de potencia sonora total em dB referido a 10-12Watt
R = constante do compartimento (m2)
(3.31)
57
A constante “R” é que diferencia o ambiente acústico de um compartimento,
representando o somatório de todas as superfícies que limitam o compartimento
multiplicado pelo coeficiente de absorção de Sabine (ɑ).
Esta constante é conhecida
como constante do quarto ou Room Constant, por suas iniciais em inglês, e é dada
por:
(3.32)
Onde: Si = área de cada superfície i (m2)
ɑi = Coeficiente de Sabine de cada superfície i em banda de oitava.
Diversos coeficientes de absorção sonora podem ser encontrados na literatura
(ref. [14], [18], [21]). Estes valores são associados a cada um dos materiais inseridos
no programa AR³, onde, finalmente, pode-se determinar o nível de pressão sonora no
volume de interesse.
58
Capítulo 4 - Análise dos Navios
Para testar a validade da metodologia de predição de ruído, três unidades foram
modeladas e analisadas pelo programa AR3 e os resultados calculados foram
comparados, na medida do possível, com medições de ruído real e/ou outros métodos
de predição realizadas nessas unidades.
Inicialmente, quando o programa AR³ calculava apenas o ruído aéreo, obtinhamse níveis de ruído final nos diferentes volumes geralmente menores que os valores
medidos. A incorporação do ruído de origem estrutural tem como objetivo aproximar
estes resultados do ruído real que ocorre o navio ou plataforma. Para se ter uma idéia
da influência do ruído estrutural geraram-se tabelas comparativas de ruído com e sem
a presença do ruído estrutural.
As figuras a seguir mostram algumas características dos modelos analisados e é
claramente visível a dificuldade de se efetuar um estudo do ruído para os mesmos. É
possível observar-se a complexidade estrutural que torna necessário levar-se em
conta o número de volumes, material isolante de cada um, o número de maquinas em
funcionamento, entre outras tantas variáveis.
Figura17 Plataforma FPSO.
59
Figura 18 Navío AHTS (Anchor Handling Tug Supply)
Figura 19 Navio Sonda ou de perfuração.
Devido ao caráter confidencial, os nomes das unidades estudadas serão
omitidos. Por esse motivo, identificam-se as duas unidades estudadas como Unidade
A (AHTS - Anchor Hangling Tug Supply) e Unidade B (plataforma offshore) e Unidade
C (Navio de Perfuração).
60
4.1 Modelo Computacional
A primeira providência na utilização do programa AR3 para cálculo de predição
de ruído é a preparação do modelo com a compartimentação do navio ou plataforma.
Isto é levado a cabo através da definição dos nós de geração dos painéis e da
definição de cada volume através da seleção dos painéis de formação de cada
volume. Cada volume é composto de 6 painéis, quatro paredes, um piso e um teto.
Na guia apresentada na figura 19 está apresentada a entrada de dados para os
painéis que incorporam os diferentes materiais de construção e que encerram as
características de isolamento termoacústico de cada um dos compartimentos do navio,
inclusos os chapeamentos e seus revestimentos.
Figura 20 Entrada dos dados dos painéis e suas características no AR3
Pode-se observar nessa figura que cada painel pode ser composto de até três
materiais diferentes, um correspondente ao material da estrutura de construção
(geralmente intermediário) e os outros dois correspondentes aos materiais isolantes
(revestimentos). Existe também a possibilidade de inserção automática do tipo de
material para agilizar o tempo de modelação. As características acústicas e físicas
61
dos materiais são inseridas em outro formulário do programa, e são normalmente
provenientes de testes de laboratório ou de tabelas disponíveis na literatura
especializada. Esses fatores, definidos para cada banda de oitava do espectro de
ruído, são importantes porque os resultados finais dos ruídos aéreo e estrutural
dependem dos valores de absorção sonora (coeficiente de absorção sonora de
Sabine), perda de transmissão e fator de amortecimento presentes nesses materiais.
Figura 21 Entrada de dados dos materiais no AR3
A partir da geometria do modelo, já é possível obter-se uma imagem 3D do
mesmo, pois o programa disponibiliza saídas gráficas tridimensionais com excelentes
recursos de visualização através do uso do mouse.
A figura 22 apresenta a
visualização 3D do modelo da Unidade C.
Figura 22 Modelo representando um navio no programa AR³
A próxima etapa da modelação é a inserção das fontes sonoras, com suas
respectivas coordenadas no navio, e dos níveis de potência sonora para ruído aéreo.
Para o ruído estrutural é possível introduzir dados tais como o tipo de máquina, o tipo
62
de fixação, o tipo de fundação, a potência, o peso, as rotações de serviço (RPM), além
das dimensões do volume que envolve a máquina e o espaçamento de cavernas da
embarcação no local. O quadro das figuras 23 e 24 mostram a interface AR3 para
definição das fontes sonoras.
Figura 23 Dados das potencias sonoras em banda de oitava
Figura 24 A figura representa os dados para o cálculo de ruído estrutural
As fontes são representadas na interface gráfica 3D através de esferas
vermelhas (a cor é selecionável pelo usuário) numeradas, como apresentado na figura
22.
Uma vez inseridas a geometria e as fontes de ruído, é possível executar os
cálculos dos ruídos aéreo e estrutural.
Os resultados podem ser apresentados e
visualizados de três formas distintas: tabelas, gráficos de barra e espectros de ruído.
Outra forma de exibição de resultados é a saída gráfica 3D do ruído através de
uma escala de cores associada com as intensidades do som. As figuras 25, 26 e 27
mostram exemplos de apresentação de resultados do AR³.
63
Figura 25 Resultados em formato de tabela
Figura 26 Resultados em forma de gráfico de barras (ruído aéreo (vermelho), ruído
estrutural (marrom) e medição (verde)
64
Figura 27 Resultados em forma de espectro de ruído com curvas NC
4.2 Considerações Gerais na Análise dos Modelos
As seguintes considerações serão levadas em conta na análise dos modelos:

As pessoas e móveis (camas, quadros, eletrodomésticos, etc.) instalados nos
compartimentos da superestrutura não são consideradas, ainda que estes
possam influenciar o ruído, já que tudo sempre tem alguma porcentagem de
absorção sonora.

As janelas e portas não serão consideradas na estrutura. Cada painel que
compõe um volume será tomado como um conjunto homogêneo de material ou
composto por dois ou mais materiais diferentes, dependendo do grau de
isolamento.
65

A presença de equipamentos de salvatagem, caixas elétricas, tubulações,
bandejas elétricas e aparelhos eletrônicos de baixa potência não serão
considerados na análise de ruído.

O ruído externo, como ondas do mar e vento, não é levado em consideração.

As características ambientais em cada compartimento são de 25°C e 70% de
umidade.

A estrutura do navio e/ou plataforma é, mormente, considerada como sendo
de aço, com 12 mm de espessura em média, e com as características de
absorção e perda de transmissão sonoras obtidas da tabela 7.13 da referência
[9]. Outros valores acústicos de materiais considerados são provenientes das
referências [14], [26] e [27] e algumas data-sheets de isolantes acústicos
presentes no anexo A.

O ruído de HVAC não será considerado neste trabalho por não fazer parte do
escopo da tese e por estar ainda em fase de desenvolvimento no programa
AR3.

Os níveis de ruído aéreo em NWL no programa AR3 são baseados em fórmulas
apresentadas na referência [10]. Este recurso é utilizado nos casos em que
esta parcela do ruído não é fornecida pelo fabricante da máquina.

Todos os cálculos de ruído estrutural estão baseados na referência [10],
capítulo 6, item 6.3.

O cálculo do ruído aéreo que influencia a geração do ruído estrutural não é
considerado na análise.

As máquinas foram consideradas operando sem problemas mecânicos, com os
rolamentos em boas condições e perfeitamente alinhadas.

As superfícies molhadas não forma tomadas em conta.
4.3 Considerações Particulares
A análise de cada navio e/ou plataforma em particular depende dos
requerimentos do armador e, em especial, do tipo de regra da sociedade classificadora
que supervisiona a construção da mesma. Também têm muita influência as condições
de operação durante a vida útil do navio e/ou plataforma. Dos três navios analisados
com o programa AR³, só o AHTS foi realizado em prova de mar. A ausência de
medições em provas de mar dos outros dois não foram realizadas por estarem ainda
em fase de projeto até a data de realização desta tese.
66
4.3.1 Unidade A: Navio AHTS
No caso do navio AHTS, as considerações principais dizem respeito às
máquinas que influenciam o ruído nas seguintes condições de operação:

Condição de trânsito;

Condição de manobras.
Em condição de trânsito foram consideradas 6 fontes de ruído: os motores
principais (4) e as caixas redutoras (2), estando os motores funcionando a 85% de sua
capacidade.
Em condição de manobras os motores trabalharam com baixa potência,
sobrepondo-se a um grupo diesel-elétrico que fornece energia para os equipamentos
de posicionamento dinâmico, um propulsor lateral à vante, um sistema azimutal e dois
propulsores laterais de ré, todos operando com 40% da capacidade.
Os seguintes materiais foram considerados: aço naval, usado na construção dos
conveses, aço corrugado nas anteparas, lã mineral no isolamento das áreas
habitadas, concreto em alguns compartimentos, tais como escritórios e oficinas,
painéis sandwich a base de lá de rocha no isolamento acústico (A60 e A15), material
visco-elástico na atenuação da propagação de vibrações nos pisos e poliuretano em
alguns locais do navio. Todos os materiais têm as características acústicas obtidas
das referências [9], [10], [14] e [26].
4.3.2 Unidade B: Plataforma FPSO
No caso da Unidade B, considerou-se apenas uma condição de operação, com todos
os equipamentos de extração e os turbogeradores em operação. A plataforma conta
com 121 fontes sonoras, 1360 subsistemas e mais de duzentos volumes, o que torna
o cálculo bem mais complexo e lento do que no caso da Unidade A.
É importante ressaltar que o ruído aéreo,em sua maior parte, foi calculado com base
nas formulações da referência [10] , o que não corresponde a valores reais, mas a
valores aproximados por fórmulas empíricas. A exceção é o caso dos turbogeradores
cuja potência sonora foi fornecida pelo fabricante, além de outras máquinas de
potências menores. Os materiais também foram obtidos das referências anteriores e
de data-sheets fornecidas pelo estaleiro construtor estes materiais são lá de rocha de
280 kg/m3de massa específica e material visco-elástico com um η=0.28.
67
4.3.3 Unidade C: Navio de Perfuração Submarinha
O navio de perfuração conta com 6 propulsores que funcionam como sistema de
posicionamento dinâmico, com o navio em condição de exploração petrolífera, e que
também servem para o trânsito do navio.
Esses propulsores são acionados
eletricamente por 6 geradores a diesel. Quatro bombas centrífugas de alta potência
atuam em conjunto com 63 fontes de ruído adicionais, todas determinadas segundo a
referência [10].
A condição mais desfavorável ao ruído transmitido levada em conta para o
cálculo foi a de posicionamento dinâmico com os 6 propulsores funcionando a 85% de
capacidade, com os diesel-geradores funcionando também a 85% de capacidade e
com os demais equipamentos em funcionamento. A potência sonora das máquinas foi
calculada com base na referência [10]. Foram fornecidos dados de isolamento
específico, levando-se em conta o material da estrutura principal, como aço naval de
7850 kg/m2 de massa específica, junto com concreto de 2 polegadas de espessura
para o piso na maior parte dos compartimentos habitáveis, e materiais isolantes a
base de lã de rocha A60 e A15 para o isolamento das paredes e tetos fornecidos pelo
estaleiro ,descrições de estes materiais estão na ref.[26] .
4.4 Resultados e Comparações
Uma vez inseridos os dados de entrada no programa AR³ para os três modelos,
os cálculos foram executados e os resultados estão apresentados em forma de
tabelas e gráficos para permitir uma forma rápida de comparação da influência das
diferentes parcelas de ruído e suas combinações.
A figura 28 apresenta um exemplo do resultado de ruído aéreo calculado em um
corredor do convés principal, comparado com resultados de medição. Já a figura 29
apresenta os resultados combinados de ruído aéreo e ruído estrutural para este
mesmo compartimento. Os valores são todos apresentados em dB(A).
68
Figura 28 Corredor 1: Ruído Aéreo
Figura 29 Tabela Corredor 1: Ruído Aéreo e estrutural
Para uma apresentação mais eficiente, são mostradas tabelas comparativas com
os resultados gerais do nível de ruído global para cada um dos volumes de cada
modelo.
4.4.1 Resultados Comparativos do Ruído nos Modelos
A tabela 3 apresenta os resultados para a Unidade A (navio AHTS) na condição
de trânsito e a tabela 4 na condição de manobra. O navio possui 12 fontes e 40
volumes. São apresentadas as diferenças entre a predição e a medição real a bordo.
A complexidade de modelação deste navio é menor do que dos outros, resultando em
um menor tempo de cálculo.
69
Tabela 6: Modelo A: Predição x Valores Medidos
Compartimento
4M B (Main Deck)
Corredor1 (Main Deck)
4M E (Main Deck)
2 M (Main Deck)
2 M(Main Deck)
2 M(Main Deck)
Corredor 3(Main Deck)
Hospital
Laundry(Main Deck)
Reception (Main Deck)
Corredor 4 (Main Deck)
Dirty Mess (Main Deck)
Workshop (Main Deck)
Day Room (A Deck)
Mess Room(A Deck)
Hi Fi DayRoom (A Deck)
Galley (A Deck)
Office-408 (A Deck)
Office -409 (A Deck)
2 Crew-512 (B Deck)
2 Crew-507 (B Deck)
2 CRew-509 (B Deck)
2 Crew-514 (B Deck)
2 Crew-505 (B Deck)
2 Crew-516 (B Deck)
1 Crew-503 (B Deck)
1 Crew-518 (B Deck)
Captain (C Deck)
Chief Eng (C Deck)
2 Client 606 (C Deck)
Officer-613 (C Deck)
2 Client-604 (C Deck)
Officer-615 (C Deck)
Office (C Deck)
WheelHouse-Starboard side
(Bridge Deck)
WheelHouse-centerpoint
(Bridge Deck)
WheelHouse-Port side
(Bridge Deck)
Ruido
Aéreo
dB(A)
46
24
32
Ruído Global
Estimado no
AR³
57
57
59
59
60
60
60
60
65
60
71
64
63
54
54
56
59
63
70
55
55
57
53
55
56
57
61
52
52
55
57
56
65
61
58
44
58
64
-6
60
6
60
63
-3
59
41
59
64
-5
57
57
59
59
60
60
60
60
65
60
71
64
63
54
54
56
59
63
70
55
55
57
53
55
56
57
61
52
52
55
57
56
65
61
Ruido
Estrutural
dB(A)
46
39
46
44
36
36
43
48
45
35
42
52
42
34
29
46
44
37
41
34
28
26
31
42
33
32
35
22
25
28
26
Medição Diferença
57
67
59
62
59
58
67
57
74
71
67
73
94
62
62
65
70
57
59
64
58
56
57
62
57
61
59
57
55
60
54
60
57
63
0
-10
0
-3
1
2
-7
3
-9
-11
4
-9
-31
-8
-8
-9
-11
6
11
-9
-3
1
-4
-7
-1
-4
2
-5
-3
-5
3
-4
8
-2
70
Tabela 4 Modelo A: Predição x Valores Medidos
Compartimento
4M B (Main Deck)
Corredor1 (Main Deck)
4M E (Main Deck)
2 M (Main Deck)
2 M(Main Deck)
2 M(Main Deck)
Corredor 3(Main Deck)
Hospital (Main Deck)
Laundry(Main Deck)
Reception (Main Deck)
Corredor 4 (Main Deck)
Dirty Mess (Main Deck)
Workshop (Main Deck)
Day Room (A Deck)
Mess Room(A Deck)
Hi Fi DayRoom (A Deck)
Galley (A Deck)
Office-408 (A Deck)
Office -409 (A Deck)
2 Crew-512 (B Deck)
2 Crew-507 (B Deck)
2 CRew-509 (B Deck)
2 Crew-514 (B Deck)
2 Crew-505 (B Deck)
2 Crew-516 (B Deck)
1 Crew-503 (B Deck)
1 Crew-518 (B Deck)
Captain (C Deck)
Chief Eng (C Deck)
2 Client 606 (C Deck)
Officer-613 (C Deck)
2 Client-604 (C Deck)
Officer-615 (C Deck)
Office (C Deck)
WheelHouse-Starboard side
(Bridge Deck)
WheelHouse-centerpoint
(Bridge Deck)
WheelHouse-Port side
(Bridge Deck)
Ruído
Aéreo
dB(A)
Ruído
Estrutural
dB(A)
55
54
55
55
57
56
56
57
55
55
67
62
61
48
53
51
56
56
67
50
50
55
50
50
52
52
61
53
49
53
59
53
65
53
43
44
44
43
41
30
31
40
43
25
48
48
41
32
24
42
29
38
38
29
27
30
31
17
32
28
31
20
23
29
27
31
24
25
Ruído Global
Estimado no
AR³
55
54
56
56
57
56
56
57
55
55
67
62
61
48
53
51
56
56
67
50
50
55
51
50
53
52
61
53
49
53
59
53
65
53
52
42
57
57
Medição Diferença
56
57
56
58.4
58.6
56
57
57
71
67
57
72
81.5
62
60
63
68
57
57
59
56
57
59
56
59
58
57
55
54
57
57
57
57
57
-1
-3
0
-3
-1
0
-1
0
-16
-12
10
-10
-20
-14
-7
-12
-12
-1
10
-9
-6
-2
-8
-6
-6
-6
4
-2
-5
-4
2
-4
8
-4
52
73
-21
16
57
60
-3
32
57
77
-20
71
Na Unidade B as tabelas a seguir apresentam os resultados conforme
mencionado anteriormente. A plataforma possui 121 fontes e 240 volumes. O material
principal é aço naval de 7850 kg/m³ de massa especifica, posei painéis isolantes na
superestrutura e no castelo de avante. Cabe destacar a maior complexidade
geométrica do navio, pela presença de maquinaria para extração petroleira no convés
principal o que pode mudar a transmissão de ruído estrutural através da estrutura. Na
tabela seguinte só foram inseridos os valores correspondentes à superestrutura.
Tabela 5: Níveis de ruído nos compartimentos do FPSO
Ruído Aéreo dB(A)
Ruído Estrutural
dB(A)
Ruído Global (AR³)
Welding Work Shop
51
63
63
Inst & Cal Workshop
54
59
60
Inst Office
Tool Shop
Electrical Workshop
Mechanical Workshop
Female Change Room
Office
Gymnasium
60
65
57
54
60
62
53
63
57
55
56
53
54
53
66
62
63
63
58
58
58
Auditorium Training
50
46
51
Male Change Room
51
51
54
Camp Boss Office
Internet and Quiet games Area
Briefing TV Room
Poop Deck Corridor
58
54
56
54
55
52
57
54
59
58
57
59
Galley /Preparation Room
52
54
56
Mess Room
Central Control
Room/Emergency Responding
Center
Instrument Room
Library
Geplat Office
Office N 1/2
1st Acces deck corridor
Radio Room
51
49
53
56
56
59
56
57
56
58
57
60
56
54
53
58
60
55
59
61
62
60
67
57
Compartimento
72
Tabela 5: Níveis de ruído nos compartimentos FPSO (continuação)
Compartimento
Ruído Aéreo dB(A)
Ruído Estrutural dB(A)
Ruído Global (AR³)
Copy/Cofee
53
56
58
Future Office Area
53
57
58
Main Office
52
58
59
Meeting Video
/Conference Room
53
57
58
57
56
60
57
56
60
57
55
59
57
54
59
57
55
59
57
60
62
58
61
63
56
58
60
56
57
60
56
58
60
55
56
59
56
60
61
53
56
58
54
57
59
53
54
57
53
54
57
53
54
57
53
55
57
53
60
61
2nd. Acc Deck 4men cabin
2nd. Acc Deck 4men cabin
2nd. Acc Deck 4men cabin
Linen
2nd. Acc Deck 4men cabin
2nd. Acc Deck 4men cabin
2nd. Acc Deck 4men corridor
2nd. Acc Deck 4men cabin
2nd. Acc Deck
Clinic
2nd. Acc. Deck
Treatment Room
2nd. Acc Deck
Corridor
2nd. Acc Waitting
Room
2nd. Acc Deck 4men cabin
2nd. Deck Corridor
2nd. Acc Deck 4men cabin
2nd. Acc Deck 4men cabin
2nd. Acc Deck 4men cabin
2nd. Acc Deck 4men cabin
2nd. Acc Deck 4men cabin
73
Tabela 5: Níveis de ruído nos compartimentos do FPSO (continuação)
Compartimento
2nd. Acc Deck
Hospital
3rd Deck 4-men
Cabin
Ruido Aéreo dB(A)
Ruído Estrutural dB(A)
Ruído Global (AR³)
52
58
59
57
36
57
57
34
57
57
33
57
57
34
57
57
38
57
57
39
57
3rd Deck Corridor
58
40
58
3rd Deck 4-men
Cabin
56
36
56
3rd Deck Janitor
57
35
57
3rd Deck 4-men
Cabin
56
39
56
3rd Deck 4-main
corridor
54
42
54
53
33
53
54
32
54
53
33
53
53
33
53
53
34
53
3rd Deck 4-men
Cabin
53
34
53
3rd Deck 4-men
Cabin
53
35
53
52
36
52
54
32
54
52
34
52
57
34
57
3rd Deck 4-men
Cabin
3rd Deck 4-men
Cabin
3rd Deck 2-men
Cabin
3rd Deck Stairs
3rd Deck 2-men
Cabin
3rd Deck 4-men
Cabin
3rd Deck Corridor
3rd Deck 4-men
Cabin
3rd Deck 4-men
Cabin
3rd Deck 4-men
Cabin
3rd Deck 4-men
Cabin
3rd Deck Corridor
3rd Deck 4-men
Cabin
4th acces Stairs Up
74
Tabela 5: Níveis de ruído nos compartimentos do FPSO (continuação)
Compartimento
Ruido Aéreo dB(A)
Ruído Estrutural dB(A)
Ruído Global (AR³)
4th acces Stairs Up
57
34
57
4th Acces
Telecomunications
Room
58
34
58
56
36
61
36
59
38
56
61
59
58
35
58
57
37
57
58
34
56
35
58
56
53
35
53
51
34
51
4th Acces Stair
4th Acces Janitor
4th Acces Corridor
4th Acces Gplat
(OIM) Cabin
4th Acces Gplat
(OIM) Day Room
4th Acess Battery
4th Acces Corridor
4th Acces
Reception
4th Acces Transit
Lounge
A unidade C contem 437 volumes e 79 fontes, o material principal é aço naval
com as mesmas características dos modelos A e B, os níveis de potencia sonoros e
ruído estrutural foram calculados segundo a ref. [10]. Comparações foram feitas com
os requerimentos da IMO para ruído a bordo de navios[31].
Por considerações
práticas só foram levados em conta os níveis de ruído na superestrutura. Este tipo de
navio de perfuração tem uma estrutura complexa , inclusive maior do que a do modelo
B, devido à unidade de perfuração se encontrar no meio do convés e atravessar a
estrutura até a quilha. A tabela 6 contém resultados de ruído para os compartimentos
obtidos pelo programa AR3 onde são apresentados os níveis de ruído aéreo e
estrutural. Valores em vermelho referem-se a resultados acima da norma IMO.
75
Tabela 6 Níveis de ruído no navio de perfuração em condição de posicionamento
dinâmico
Compartimento
Laundry Tween Deck
Stair Case
Provisions Main Deck
Recreation 2 Tween Deck 1
Recreation 1 Tween Deck 1
RoomElectric Tween Deck 1
Internet Room Tween Deck 1
Elevator Tween Deck 1
Galley Tween Deck 1
Mess Room Tween Deck 1
Store Tween Deck 1
Galley Office Tween Deck 1
Female Change Room
Tween Deck 1
Gymnasium 517
Boots Change 523
Aft Corridor 500
Male Change Room Main
Deck
Female Change Room Main
Deck
Break Room Main Deck
Office 615
Office 614
FWD Corridor Lower DEck
Office A-Deck 619
Male Toilet
Office A-Deck 618
AFT Corrior 600
Office A-Deck 618
Office A-Deck 617
Hospital A Deck 627
Medical Tratament Room A
DEck
2P For B-Deck 732
2P For B-Deck 731
2P For B-Deck 725
A.L.713
2P For B-DEck
Corridor Eb B-Deck
Stairs B-Deck 707
Recreation B-Deck 715
2P B-Deck 733
Ruido
Aéreo
dB(A)
Ruido
Estrutural
dB(A)
72
63
66
71
61
70
69
63
54
66
67
68
36
28
36
22
22
25
24
23
31
55
26
27
Ruído
Global
Estimado
no AR³
72
63
66
71
61
70
69
63
54
66
67
68
68
27
61
64
67
Rquerime
Diferença
nto IMO
75
85
85
65
65
85
60
60
75
65
75
75
-3
-22
-19
6
-4
-15
9
3
-21
1
-8
-7
68
65
3
22
15
21
61
64
67
65
65
65
-4
-1
2
67
20
67
65
2
67
17
67
65
2
64
59
60
62
60
69
60
60
60
60
64
17
34
28
39
39
42
27
39
27
39
51
64
59
60
62
60
69
60
60
60
60
64
65
65
65
65
65
65
65
65
65
65
65
-1
-6
-5
-3
-5
4
-5
-5
-5
-5
-1
64
42
64
65
-1
62
62
58
62
63
62
56
55
63
32
29
28
34
55
26
51
24
33
62
62
58
62
64
62
57
55
63
60
60
60
60
60
60
60
60
60
2
2
-2
2
4
2
-3
-5
3
76
Tabela 6 Níveis de ruído no navio de perfuração em condição de posicionamento
dinâmico (continuação)
Compartimento
2P B-Deck 734
2P B-Deck 735
2P B-Deck 736
2P B-Deck 737
2P B-Deck 749
2P B-Deck 748
2P B-Deck 747
Stairs 710
Stairs 709
2P A.L.B-Deck
712
2P C-DEck 825831
Stairs 807
2P A.L. C-Deck
812
2P C-DEck 824821
2P C-Deck 816
Recreation 815
2P 847 C-DEck
2P 838-836 CDEck
Stairs 810
2P D-Deck 931
D-Deck 925
D-Deck A.L. 913
FWD Corridor DDeck
D-Deck A.L.912
D-Deck 933
D-Deck 924
Recreation 815
D-Deck 949
Recreation 915
D-Deck 939 to 934
Stairs 1007
Conference Room
Navigation Bridge
Drilling Engineers
Office
Radio Room and
DP Back Up
Capt Office
Heli Briefing Room
Ruido
Aéreo
dB(A)
57
54
55
57
58
52
52
50
55
Ruido
Estrutural
dB(A)
37
33
33
30
39
50
53
53
48
Ruído Global
Estimado no
AR³
57
54
55
57
58
54
56
55
56
52
29
48
Requerimen
Diferença
to IMO
60
60
60
60
60
60
60
60
60
-3
-6
-5
-3
-2
-6
-4
-5
-4
52
60
-8
17
48
60
-12
54
49
55
60
-5
52
27
52
60
-8
54
32
54
60
-6
55
54
53
38
35
38
55
54
53
60
65
60
-5
-11
-7
50
52
54
60
-6
53
48
47
48
28
32
30
33
53
48
47
48
65
60
60
60
-12
-12
-13
-12
47
50
52
65
-13
48
48
47
45
47
48
45
42
43
41
29
32
37
37
34
38
36
34
43
37
48
48
47
46
47
48
46
43
46
42
60
60
60
65
60
65
60
65
65
60
-12
-12
-13
-19
-13
-17
-14
-22
-19
-18
47
44
49
60
-11
44
31
44
60
-16
46
46
51
46
52
49
60
60
-8
-11
77
Capítulo 5 –Análise dos Resultados
Calcular apenas o ruído aéreo não garante uma boa aproximação dos níveis de
ruído esperados devido à existência de outras parcelas de ruído, conforme
mencionado anteriormente. O ruído estrutural tem uma maior influência no nível de
ruído global na maioria dos casos. Não levar em conta a parcela estrutural faz com
que o ruído global fique abaixo dos níveis sonoros reais, fazendo com que os métodos
de controle e redução de ruído antes do navio e/ou plataforma entrar em serviço não
sejam suficientes para garantir o conforto a bordo.
Inserindo a parcela estrutural, obtém-se uma maior aproximação dos níveis
reais, que podem variar dependendo da proximidade entre o compartimento e a fonte,
de aspectos geométricos, como o número de interseções no caminho entre a fonte e o
compartimento analisado, e, também, dos tipos de materiais que dissipam a energia
vibracional através do caminho mais curto entre fonte e o compartimento.
Estes
fatores têm certa influência na transmissão de ruído estrutural através do modelo. A
seguir são apresentadas análises mais detalhadas para cada um dos modelos.
5.1 Análise do Modelo A
A vantagem do modelo AHTS é que os resultados das medições de ruído no
navio já estão disponíveis, permitindo a comparação com os resultados do programa.
Outra vantagem é que foram medidas duas condições de trabalho (manobras e
trânsito), o que permite realizar duas análises estatísticas do modelo. Por um lado, o
objetivo da análise é também obter um certo grau de confiabilidade e informar aos
engenheiros a porcentagem de erro na predição, antes de se fazer as recomendações
para o armador do navio. Por outro, obter um erro médio estatístico da predição do
programa AR³ dá um enfoque de confiabilidade ao software em futuras modelações,
diminuindo o erro da previsão à medida que os dados de entrada vão sendo inseridos,
ou ajustando-se as formulações. Para tanto, foram calculados o desvio padrão, , e o
erro médio, δ.
O motivo da escolha do desvio padrão é que este fornece um valor da incerteza
do modelo, sem o qual a predição pode não representar a realidade, tornando a
previsão não muito confiável, implicando na remodelação do navio e/ou plataforma, na
melhoria dos dados de entrada ou no ajuste das formulações.
78
O desvio padrão e o erro médio foram determinados para cada um dos valores
de ruído globais obtidos e comparados com as medições de cada compartimento e
para o modelo como um todo. A estimação de erro médio a seguir só representa o
caso do modelo A, outros valores para o erro médio na predição podem variar
dependendo do tipo de navio e sua complexidade estrutural assim como também a
informação referente ás máquinas, tipo de materiais de construção do navio,
isolamentos, etc.
O desvio padrão é dado por:
(5.1)
onde:
Xerro
- é o valor do erro no compartimento i
m
- número de compartimentos (em nossa análise m=40 para cada
condição)
- Erro médio das diferenças entre valores medidos e valores do modelo
A.
O erro médio δ da predição é dado por:
(5.2)
Onde Xsimulado é em este caso o ruído global determinado pelo programa, e Xmedido
é o ruído determinado pelas medições em provas de mar. Com estes dados pode-se
supor o intervalo de confiança (IC) a 95% do valor esperado (a escola do IC anterior
esta baseada em um erro aleatório de até 5% nas medições), supondo-se uma
distribuição normal ou Gaussiana, o IC vai determinar o intervalo de variação do erro
na predição. A fórmula para se obter o intervalo de confiança do modelo é:
(5.3)
onde com o intervalo de confiança estimado em 95% e para uma distribuição do tipo
normal, o valor crítico Zα seguem tabelas estatísticas é ±1,96. A tabela que apresenta
os resultados para o cálculo do erro na previsão do modelo A está baseada nas
tabelas 3 a 4 do Cap. 4. O erro médio do modelo, o desvio padrão e o intervalo de
confiança estão apresentados na seguinte tabela:
79
Tabela 7 Resultados da análise de erro do modelo A, levando-se em conta os 40
compartimentos em condição de trânsito (dB(A))
Erro Médio 
-1,7
Desvio Padrão σ
Intervalo de Confiança com
95%
±8,6
-4,4
0,9
Tabela 8 Resultados estatísticos do modelo A em condição de manobras com os
propulsores laterais e o azimutal em operação (dB(A))
Erro Médio
-4,7
Desvio Padrão σ
Intervalo de Confiança com
95%
±7,1
-6.9
-2,5
A partir dos dados obtidos da tabela 4 pode-se inferir que, com um desvio
padrão de ±8.6 dB(A), torna-se aceitável o primeiro cálculo através de uma análise
semiempírica com o programa. A utilidade do erro serve em futuras análises com o
programa AR³ quando se deseja modelar um navio de características semelhantes ao
anterior ou no caso de embarcações em série.
Na tabela 5 pode-se observar uma mudança nos resultados estatísticos com um
aumento na incerteza da predição, principalmente devido à influência dos propulsores
laterais do AHTS. Com os valores do intervalo de confiança pode-se ver que o método
tende a subestimar os valores de ruído no navio, devido provavelmente por não se ter
levado em conta o ruído de ventilação e ar acondicionado, este fato é notável no caso
do Workshop (Figura 30) que se encontra fora da superestrutura do navio onde a
maior contribuição de ruído vem de as instalações de HVAC.
A maior diferencia encontrada entre predição e medição de ruído Workshop (
figura 30) tem como explicação a ausência do ruído de HVAC. A análise apresenta
outros casos de interesse. Nas figuras 30 a 33 podem se observar os gráficos
indicando níveis de ruído obtidos através do AR3 (azul) e as medições (vermelho) em
cada um dos compartimentos do navio em condição de trânsito.
Observa-se três tipos de compartimento no gráfico:
Tipo A - São aqueles nos quais existe uma tendência da predição ter valores
muito similares dos medidos (desvio varia entre 0 e ±8 dBA pode ser considerado
aceitável): O caminho de transmissão do ruído estrutural e aéreo é o caminho que
apresenta menor impedância para o ruido estrutural e menor perda de transmissão
sonora e , por isso, mais ajustado na realidade.
80
Tipo B - São aqueles nos quais os valores da predição apresentam valores
muito menores do medido (entre -9 e -21 dBA): O caminho de transmissão analisado
no AR3 entre a fonte e receptor apresenta uma alta impedância acústica. Este caminho
pode não ser o caminho que permite um maior espalhamento do ruído até o espaço
receptor, existindo a presença de um outro caminho com menor impedância acústica
que o analisado. Como exemplo de compartimento com estas características tem-se a
lavanderia onde o ruído medido é de 74 dBA e o ruído da previsão é de 62 dBA, neste
caso a maior proximidade da lavanderia com a praça de máquinas sugere a presença
de mais um fator de influencia no resultado obtido e é que este compartimento
também tenha influência de ruído estrutural secundário originado pelo ruído aéreo da
praça de máquinas excitando os compartimentos próximos da mesma e que não foi
tomado em conta por não estar desenvolvido no programa ainda (Ver 3.3.11
conversão de ruído aéreo para estrutural), o mesmo pode se dar no caso de outros
compartimentos próximos da praça de máquinas presentes no convés principal (main
deck) e que não requerem isolamento acústico especial como corredores e áreas de
serviço.
Tipo C - São aqueles nos quais os valores da predição superaram em muito os
da medição (maior a 8 dB): Estes valores obtidos podem ser devido à falta de
informação detalhada no modelo gerado , onde não foram tomados em conta alguns
materiais que podem diminuir o nível do ruído global no compartimentos ou presença
de obstáculos entre a fonte e o compartimento, como, por exemplo, maquinarias,
isolamento térmico, etc.
81
AR³ x Medições
Ruido Global Estimado no AR³
Medição
94
74
73
71 7167
67
67
65
64
63
62
6057
6059 6058 60
60
5959 59
5757 57
Figura 30 AR3 x Medições - Navio em Viagem - Convés Principal
AR³ x Medições
Ruido Global Estimado no AR³
Medição
70
70
62
65
62
54
54
Day Room (A
Deck)
56
59
Mess Room(A Hi Fi DayRoom (A Galley (A Deck)
Deck)
Deck)
63
59
57
Office-408 (A
Deck)
Office -409 (A
Deck)
Figura 31 AR3 x Medições - Navio em Viagem - Convés A
82
AR³ x Medições
Ruido Global Estimado no AR³
64
55
55
58
Medição
62
57 56
53
57
57
56 57
55
61
61 59
2 Crew-512 2 Crew-507 2 CRew-509 2 Crew-514 2 Crew-505 2 Crew-516 1 Crew-503 1 Crew-518
(B Deck)
(B Deck)
(B Deck)
(B Deck)
(B Deck)
(B Deck)
(B Deck)
(B Deck)
Figura 32 AR3 x Medições - Navio em Viagem - Convés B
AR³ x Medições
Ruido Global Estimado no AR³
52
57
52 55
55
60
57 54
56
60
65
57
Medição
61 63
58
64
60 63
Figura 33 AR3 x Medições - Navio em Viagem - Convés C
59
64
83
Na influência de ruído estrutural, utilizaram-se curvas comparativas dos níveis
globais, uma curva correspondente aos valores medidos em prova de mar, outra
correspondente aos níveis com influência exclusiva do ruído aéreo, a terceira aos
níveis de ruído estrutural e a quarta aos níveis globais. Devido ao grande número de
volumes, só foram considerados os dados correspondentes ao número mínimo de
amostras possíveis “n” dado por:
(5.4)
onde:
N- tamanho da mostra (80 compartimentos)
k - desvio padrão (1,96)
e - 20% de erro máximo na previsão, ver parágrafo em 3.3.7.
p - proporção de compartimentos que tem uma margem de erro baixo
(95%)
q- proporção de compartimentos que diferem excessivamente com a
previsão (5%).
De acordo com o exposto acima, foram selecionados os 5 compartimentos em
cada condição onde o ruído estrutural é mais relevante para mostrar os resultados
obtidos. As figuras 34 a 38 representam esses espetros. A cor ámbar representa o
ruído estrutural, a verde, a medição a bordo, a vermelha, o aéreo, e a preta, o ruído
Global no compartimento.
84
Figura 34 Ruído em 4MB
Figura 36 Ruído 2M
Figura 35 Ruído corredor 1
Figura 37 Ruído 4ME
85
Figura 38 Ruído Client-604
Observa-se com os gráficos das figuras 34 a 38 que a influência do ruído estrutural
apresenta a tendência a aumentar com a frequência, de igual forma que a análise
estatística da energia (SEA).
5.2 Análise do Modelo B
Pelo fato da plataforma ainda estar em fase de projeto, não existem dados
medidos, no entanto, existem resultados de ruído estrutural, baseados no método
SEA, que foram utilizados na comparação com o AR3, cujos resultados estão
apresentados nas tabelas 25 e 26.
86
Tabela 9 Comparação entre o AR3 e o método SEA
Compartimento
Welding Work Shop
Inst Office
Inst & Cal Workshop
Tool Shop
Emergency Response Base
Electrical Workshop
El. Office
Mechanical Workshop
Mechanical Office
Female Change Room
Gymnasium
Dry Storage
Camp Boss Office
Internet and Quiet games Area
Briefing TV Room
Central Control Room/Emergency
Responding Center
Instrument Room
Library
Gplat(OIM)Office
Office N 1/2
2nd Acc. 4 men cabin
2nd Acc. 4 men cabin
2nd Acc. 4 men cabin
Linen
2nd Acc. 2 men cabin
2nd Acc. 2 men cabin
2nd Acc. 4 men cabin
2nd Acc Clinic
2nd Acc Tratament Room
3rd Acc 4 Men Cabin
3rd Acc 4 Men Cabin
3rd Acc 4 Men Cabin
3rd Acc 4 Men Cabin
3rd Acc 2 men cabin
48
44
46
47
56
58
45
61
45
42
60
27
36
35
38
Ruido
Estrutural
[dBA] SEA
61.8
42.7
61
45.9
63
59
42.7
59.1
42.6
42.7
55.1
39
35.3
37
37.5
31
33.3
2
38
40
44
46
28
28
33
35
35
41
26
49
46
19
21
15
18
23
32
30.2
30
30
29.4
30.4
30.7
27.5
30.4
30.7
26.1
14.4
17.3
22.3
23
31
38.1
35
6
10
14
16
1
2
2
8
5
10
0
35
29
3
2
16
20
12
Ruido Estrutural
[dBA] AR³
Diferença
14
1
15
1
7
1
2
2
2
1
5
12
1
2
1
87
Tabela 10 Comparação entre o AR3 e o método SEA (Continuação)
Compartimento
Ruido Estrutural
[dBA] AR³
3rd Acc Corridor
3rd Acc 4 Men Cabin
3rd Acc Deck Janitor
3rd Acc 4 Men Cabin
4th Acc Telecomunication Room
4th Acc Janitor
4th Acc Geplat(OIM)Office
25
20
18
24
36
18
23
Ruido
Estrutural
[dBA] SEA
29.6
26.5
17.9
30.6
41.6
27.2
27.4
Diferença
5
7
0
7
6
9
4
O cálculo do erro médio está apresentado na tabela 26.
Tabela 11 Comparação dos erros do AR3 e o método SEA.
Erro Médio δ
7
Desvio Padrão σ
Intervalo de Confiança com 95%
7.6
5
10
A fim de se realizar a comparação dos resultados combinados de ruído aéreo
com ruído estrutural obtidos com o AR3, tendo em vista que o modelo SEA só
disponibiliza o ruído estrutural, outro modelo alternativo, também baseado em fórmulas
empíricas, foi usado para combinar com os resultados do modelo SEA. Esses
resultados combinados estão identificados na tabela 27 como “Modelo Híbrido”, tabela
essa que apresenta a comparação com o programa AR3.
Tabela 12 Comparação entre os resultados do AR3 e os resultados combinados do
SEA com o modelo empírico alternativo
Compartimento
Welding Work Shop
Inst Office
Inst & Cal Workshop
Tool Shop
Emergency Response Base
Electrical Workshop
El. Office
Mechanical Workshop
Mechanical Office
Global NPL
AR³
67
63
64
71
57
66
56
65
56
Global NPL
Modelo
Hibrido
61.8
57
63
62.7
52
60
56.8
60.6
56.4
Dif.
5.2
6
1
8.3
5
6
0.8
4.4
0.4
88
Tabela 13 Comparação entre os resultados do AR3 e os resultados combinados do
SEA com o modelo empírico alternativo
Compartimento
Female Change Room
Gymnasium
Dry Storage
Camp Boss Office
Internet and Quiet games Area
Briefing TV Room
Central Control Room/Emergency
Responding Center
Instrument Room
Library
Gplat(OIM)Office
Office N 1/2
2nd Acc. 4 men cabin
2nd Acc. 4 men cabin
2nd Acc. 4 men cabin
Linen
2nd Acc. 2 men cabin
2nd Acc. 2 men cabin
2nd Acc. 4 men cabin
2nd Acc Clinic
2nd Acc Tratament Room
3rd Acc 4 Men Cabin
3rd Acc 4 Men Cabin
3rd Acc 4 Men Cabin
3rd Acc 4 Men Cabin
3rd Acc 2 men cabin
3rd Acc Corridor
3rd Acc 4 Men Cabin
3rd Acc Deck Janitor
3rd Acc 4 Men Cabin
4th Acc Telecomunication Room
4th Acc Janitor
4th Acc Geplat(OIM)Office
Global NPL
AR³
58
66
71
58
56
54
Global NPL Modelo
Hibrido
55.1
57
57.9
54.5
59
51.6
2.9
9
13.1
3.5
3
2.4
57
52.3
4.7
66
55
56
56
57
57
58
65
57
57
55
56
53
54
56
58
58
59
60
57
57
57
58
58
56
62.3
50.2
49.6
50.2
47.3
49.6
48.9
62.2
49.6
48.9
50.3
48.9
49.1
49.6
45.4
45.4
50.3
52.5
46.9
44.7
53.2
47.7
55.7
53.8
49.6
3.7
4.8
6.4
5.8
9.7
7.4
9.1
2.8
7.4
8.1
4.7
7.1
3.9
4.4
10.6
12.6
7.7
6.5
13.1
12.3
3.8
9.3
2.3
4.2
6.4
Dif.
89
Fazendo o analise estatístico temos:
Tabela 14 Análise estatística do nível de ruído global entre o AR³ e o Modelo Híbrido
dB(A)
Erro meio do Modelo Hibrido δ
6
Desv. Padrão σ
Intervalo de confiança com 95%
3.3
5
7
Pode se observar na tabela 10 que o AR³ tende a superestimar os valores
globais em comparação com o programa hibrido. A comparação dos métodos na
tabela 11 também indica uma tendência superestimativa do ruído com respeito ao
método SEA, devido em parte a uma diferença importante na quantidade de fontes
utilizadas em ambos modelos, o modelo com o AR³ toma 121 e o SEA tem
aproximadamente 80, das quais se tem pouca informação.Graficamente pode se
observar a diferença das previsões, devido possivelmente á incerteza do fator de
perda.A figura 39 representa um gráfico comparativo dos valores comparativos de
ruído
estrutural
para
cada
compartimento
analisados
pelos
dois
métodos
anteriormente expostos. A figura 40 compara os níveis de ruído Global para cada
compartimento seguem a metodologia utilizada em esta tese e o programa hibrido.
NPL
Estrutural em dB(A)
Ruido Estrutural [dBA] AR³
Ruido Estrutural [dBA] SEA
70
60
50
40
30
20
10
0
Figura 39 Comparação gráfica na previsão de ruído estrutural pelos dois métodos
(Semiempírico e SEA).
90
Global NPL AR³
Global NPL Hibrido
80
70
NPL em dB(A)
60
50
40
30
20
10
0
Figura 40 Comparação gráfica do ruído Global entre AR³ e o programa hibrido.
5.3 Análise do Modelo C
O modelo C não apresenta medições de ruído em compartimentos ainda, e
cálculos de ruído estrutural tampouco estão disponíveis. No entanto, pode-se
identificar uma diferença na qualidade dos resultados encontrados em comparação
com o modelo B.
Tendo uma complexidade geométrica similar, os níveis de ruído no modelo C
estão numa faixa semelhante aos exigidos pela OMI, o que pode ser decorrente do
fato de que o modelo B tem mais descontinuidades geométricas do que o modelo C.
Isso faz com que, em alguns casos, o programa não consiga calcular corretamente o
menor caminho entre a fonte e um dado compartimento. Outra explicação é o maior
detalhamento na geração do modelo C, o que torna os valores de ruído estrutural mais
aceitáveis do que os do modelo B.
91
5.4 Particularidades nos modelos.
Dentro
das
particularidades
encontradas
pode-se
citar
o
efeito
da
descontinuidade na geometria de um modelo, que pode superestimar o nível de ruído
estrutural, já que este necessita da estrutura para se propagar. São poucos os casos
onde os algoritmos do programa AR3 não conseguem determinar o caminho de
propagação, desconsiderando as perdas na energia vibracional no caminho entre a
fonte e compartimento a ser analisado, consequentemente superestimando o cálculo
final desta parcela de ruído, esse erro pode se dever em grande medida em uma
incorreta modelagem computacional da estrutura. A figura 41 mostra essa
incongruência na saída gráfica 3D do AR³, onde pode se perceber que o caminho
recorrido pelo ruído estrutural fica descontinuo na geometria do modelo.
Figura 41 Erro na transmissão do ruído estrutural
Em contrapartida, a figura 42 mostra um caminho bem determinado pelos algoritmos
do AR³.
92
Figura 42
Propagação ideal de energia vibracional sobre a estrutura para o
mesmo compartimento
Outras particularidades nos resultados de ruído em compartimentos com o
programa AR³ são que dentro dos valores em frequência de banda de oitava podem
se achar valores negativos nas frequências mais baixas. Geralmente estes incidentes
acontecem no cálculo do ruído estrutural.
Ocorre que, nestes casos a energia
vibracional da parcela de ruído estrutural tende a ser muito baixa devida á certos
compartimentos que não cumprem com os requisitos da equação 3.20 somada a
função de transferência com um valor negativo de magnitude maior do que a
magnitude do ruído estrutural que atinge o compartimento, a maior parte de estes
valores se apresenta em a frequência de 31,5 Hz.
Outro elemento que induz um grau de desviarão considerável é o produzido
pelos fatores de perda na estrutura, η, cujos valores em banda de oitava só podem ser
determinados com auxilio de medições, e, mesmo assim, pode ocorrer um grau de
erro considerável que depende de outros fatores de incerteza, tais como
equipamentos em conveses, tubulações distribuídas na estrutura, fiação elétrica,
elementos decorativos em compartimentos, etc. A publicação [12] (utilizada no AR3)
contém recomendações gerais para controlar este grau de incerteza, uma vez que
compartimentos com maior isolamento acústico e estruturas horizontais (por exemplo,
conveses sem isolamento especial) possuem maior fator de perda. Contudo, essa
publicação aponta uma dispersão de valores mais significativa para η.
93
Capítulo 6 Conclusões
Este estudo permitiu estabelecer análises comparativas com o intuito de avaliar a
confiabilidade da metodologia empírica utilizada no cálculo do ruído global e a
influência do ruído estrutural na análise de ruído em navios, levando às seguintes
conclusões:

Pode se observar que a maior parte dos dados obtidos através do método
semi-empírico tendem a se aproximar bastante das medições no caso do navio
AHTS. As exceções para este caso são discutidas na seção 5.1.

A análise dos espectros de ruído indica que existe maior influência do ruído
aéreo do que estrutural, este ultimo começa a influir a medida que vá se
aproximando nas frequências mais altas, a partir de 1KHz.
O cálculo do
intervalo de confiança se mostrou um parâmetro de segurança para a previsão
de ruído, muito útil nas fases anteriores à construção que requerem estimativas
confiáveis que permitam mudanças no projeto. Isto requer análises de mais
navios e plataformas que possam aumentar o conteúdo estatístico, garantindo
resultados dentro de limites mais aceitáveis. Atingir este propósito requer uma
base de dados maior do que a utilizada nessa pesquisa e que poderá aumentar
à medida que novos projetos forem realizados.

A comparação do método empírico de cálculo de ruído estrutural com o método
SEA resultou em superestimativa, onde grande parte das diferenças entre os
dois métodos pode decorrer das diferenças no fator de perda (η) utilizados na
estrutura e a impedância do caminho mais curto. Desde que aqui é uma
comparação entre resultados de dos diferentes métodos, em princípio, não se
pode afirmar qual é o mais confiável. Assim, os métodos só poderão ser
validados mediante comparação com valores medidos.

Na análise de estruturas complexas, métodos numéricos (MEC e MEF) não
são aplicáveis. Primeiro, devido ao requisito de 6 elementos por comprimento
de onda, o que aumenta o número de elementos do modelo necessários para a
boa discretização, sobretudo em alta frequência. Segundo, devido à alta
densidade modal, típica do ruído estrutural. Desta forma, até o momento, os
modelos são os únicos aplicáveis a estruturas complexas, com grande número
de fontes e receptores. Outra vantagem dos modelos empíricos é seu tempo
de execução(no modelo C foram necessárias apenas 2 horas para realizar uma
previsão de ruído com 79 fontes em 437 volumes).
94
Métodos de previsão de ruído que sejam rápidos e eficazes permitem tratamentos
corretivos em etapas iniciais de projeto, resultando em otimização de custo, peso,
espaço, operação e rendimento do navio, resultando em navios com maior nível de
conforto e que causem menores impactos ambientais. O programa AR³ é um
programa em processo de aperfeiçoamento, com grande potencial de aplicação em
projetos de construção de navios e plataformas de grande porte, através de uma
análise acústica detalhada e executável em tempo razoavelmente reduzido.
A partir do exposto neste trabalho de tese, os seguintes tópicos de pesquisa podem
ser realizados no futuro:

Previsão do nível de ruído gerado pelo casco ao meio ambiente aquático, em
especial aquele relacionado com navios de pesquisa.
Já existem normas
ambientais de impacto de ruído ambiental causado por navios (Underwater
Noise Requirement , International Council for the Exploration of the Seas ICES [32]) com o objetivo de diminuir o impacto deste tipo de ruído em
mamíferos marinhos e peixes, assim como também evitar interferências em
estudos de acústica e aquisição de sinais submarinhos.

Estudar especificamente a influência que pode ter a mudança no percurso do
ruído estrutural através da geração de um algoritmo que tenha a capacidade de
selecionar entre uma grande gama de caminhos possíveis entre a fonte e o
compartimento aquele que apresente a menor perda de ruído estrutural e
assim lograr um refinamento da metodologia apresentada.

Realização de outras análises comparativas entre modelos gerados pelo AR³ e
métodos como o MEC, MEF e o SEA, além de medições a bordo de navios e
plataformas nas mais diversas condições de operação.

Aplicação da técnica de Problemas Inversos na predição de ruído de estruturas
complexas. Conhecido o campo de pressões, a partir de medições de navios e
plataformas, torna-se possível obter as propriedades acústicas do meio.

As modelações aqui presentes estão baseadas na análise de navios e
plataformas offshore. Sugere-se investigar a viabilidade de utilizar este método
em outros tipos de análises, a saber: edificações, casas e ambientes urbanos.
95
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