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CAPÍTULO 5 Ensayos comparativos de medición de potencia
1
CAPÍTULO 5: ENSAYOS COMPARATIVOS DE
MEDICIÓN DE POTENCIA SEGÚN LOS DOS MÉTODOS.
5.1.- INTRODUCCIÓN
Vamos a presentar en este capítulo los resultados obtenidos en el
laboratorio con el fin de realizar el estudio en que este proyecto se centra. Con
el objeto de no cargar demasiado al lector, se han separado los resultados que
aparecen a continuación, de las conclusiones que se incluyen en el capítulo
siguiente.
En primer lugar se comenta el cálculo del tiempo de reverberación,
indispensable para poder caracterizar el medio acústico en que se han
realizado los ensayos, y obtener el coeficiente de corrección por entorno que se
exige en la norma ISO-3744.
A continuación se muestran lo cálculos realizados para cada ensayo por
cada uno de los dos métodos que aquí se tratan, es decir, el método de cálculo
de la potencia a través de medidas de presión y el método que usa medidas de
intensidad. Con esto se ha querido hacer una comparativa entre el método
clásico de cálculo de la potencia acústica, el primero de los nombrados, y el
método más reciente que usa medidas de intensidad y presenta una serie de
ventajas que se intentarán poner de manifiesto con estas pruebas.
De los aproximadamente 35 ensayos que se han realizado a lo largo de
esta investigación, nos hemos quedado con los 11 que mejor se ajustan a la
normativa vigente. Se han desechado aquellos que no cumplieran con el grado
de precisión exigido, que para este proyecto es el de ingeniería (grado 2); así
como aquellos en los que se haya detectado algún tipo de duda acerca de su
validez por las razones que sean.
CAPÍTULO 5 Ensayos comparativos de medición de potencia
2
5.2.- CÁLCULO DEL FACTOR DE CORRECCIÓN POR ENTORNO
ACÚSTICO.
5.2.1.- CÁLCULO DEL TIEMPO DE REVERBERACIÓN CON 3
MEDIDAS Y EN BANDAS DE OCTAVA.
Siguiendo el método descrito en el capítulo 4 acerca de la utilización del
programa dBBATI, para el cálculo del tiempo de reverberación, y llevando a
cabo este cálculo a partir de 3 medidas de tiempo de reverberación en 3 puntos
distintos de la habitación, se llega finalmente al siguiente resultado:
Teniendo en cuenta lo que ya se vio en el capítulo 3, acerca de lo que la
norma determina para el cálculo del parámetro que nos ocupa, el valor que hay
que tomar en consideración de la gráfica obtenida, es aquél que aparece para
la banda centrada en 1kHz. Por tanto, en este caso el valor del tiempo de
reverberación queda:
sTrev
51,1=
Fig. 5.1
CAPÍTULO 5 Ensayos comparativos de medición de potencia
3
5.2.1.1.- Cálculo del coeficiente de corrección por entorno.
Veamos como queda el coeficiente de corrección por entorno acústico, a
partir del valor del tiempo de reverberación calculado.
dBAA
Sk
A5,141log102 =
⋅+⋅=
donde:
S(área de la superficie de medida)= 1,8 m2
21899,1716,0 m
T
VA ≈=
⋅=
siendo:
V(volumen de la habitación)= 7,4·6,5·3,6= 173,2 m3
T(tiempo de reverberación)= 1,51s
5.2.2.- CÁLCULO DEL TIEMPO DE REVERBERACIÓN CON 4
MEDIDAS Y EN TERCIOS DE OCTAVA.
Volvemos a realizar el cálculo pero ahora con 4 medidas y en tercios de
octava, obteniendo:
Fig. 5.2
CAPÍTULO 5 Ensayos comparativos de medición de potencia
4
Al igual que en el caso anterior, el valor del tiempo de reverberación
obtenido es el que aparece redondeado en la foto.
sTrev
54,1=
5.2.2.1.- Cálculo del coeficiente de corrección por entorno.
Veamos como queda el coeficiente de corrección por entorno acústico, a
partir del valor del tiempo de reverberación calculado.
dBAA
Sk
A5,141log102 =
⋅+⋅=
donde:
S(área de la superficie de medida)= 1,8 m2
21899,1716,0 m
T
VA ≈=
⋅=
siendo:
V(volumen de la habitación)= 7,4·6,5·3,6= 173,2 m3
T(tiempo de reverberación)= 1,54s
Nota: Como en ambos casos el resultado obtenido es el mismo prácticamente,
no hay que plantearse que valor coger para los cálculos de los ensayos
realizados.
5.3.- ENSAYOS
5.3.1.- DESCRIPCIÓN Y RESULTADOS DEL CASO BASE
5.3.1.1.- Cálculo de Lw a partir de medidas de P
CAPÍTULO 5 Ensayos comparativos de medición de potencia
5
47,4
49,6
49,1 47,9 47,4
RUIDO DE FONDO
dBAN
L
N
i
L
PA
PAi 4,48101
log101
1,0=
⋅=′′ ∑
=
′′⋅
Como podemos comprobar, el ruido de fondo tiene un nivel lo bastante
bajo como para despreciarlo sin cometer un error apreciable, puesto que hay
una diferencia de más de 15 dB respecto del nivel con la fuente en
funcionamiento. Por este motivo, de aquí en adelante no volveremos a mostrar
este cálculo a no ser que exista un cambio significativo en las condiciones del
entorno de ensayo, en cuyo caso se incluirá el cálculo y se justificará su
inclusión en relación con lo aquí descrito.
Es cierto que la medida no cumple totalmente la norma ISO-3744,
puesto que habría que haber llevado a cabo medidas también en los vértices
de nuestro cubo, en lugar de sólo en el centro de las caras, pero está claro que
esto no habría cambiado de forma significativa el resultado ni la conclusión del
mismo, por lo que consideramos perfectamente válido el planteamiento
expuesto.
CAPÍTULO 5 Ensayos comparativos de medición de potencia
6
71,7
71,0
70,2
73,2
71,1
72,0
73,0 70,8 73,5
FUENTE EN
FUNCIONAMIENTO
dBAN
L
N
i
L
PA
PAi 0,72101
log101
1,0=
⋅=′ ∑
=
′⋅
Si aplicamos la corrección por entorno:
dBAkLLAPAPFA
5,702 =−′=
Y finalmente, el valor de Lw para este caso queda:
dBAS
SLL
o
PFAWA0,73log10 =
⋅+=
5.3.1.2.- Cálculo de Lw a partir de medidas de I
Usando la sonda de intensimetría acústica y el programa dBFA, se
obtiene el siguiente resultado para la potencia acústica:
CAPÍTULO 5 Ensayos comparativos de medición de potencia
7
dBALWA
8,72=
5.3.2.- ENSAYO PARA COMPROBACIÓN DE LA REPETIBILIDAD.
Repetimos exactamente las mismas condiciones que en el ensayo
llamado caso base, para comprobar si los ensayos que se han realizado tienen
una repetibilidad aceptable.
Fig. 5.3
CAPÍTULO 5 Ensayos comparativos de medición de potencia
8
71,7
71,2
70,6
73,2
71,6
71,2
73,1 71,0 72,9
5.3.2.1.-Cálculo de Lw a partir de medidas de P
FUENTE EN
FUNCIONAMIENTO
dBAN
L
N
i
L
PA
PAi 9,71101
log101
1,0=
⋅=′ ∑
=
′⋅
Si aplicamos la corrección por entorno:
dBAkLLAPAPFA
4,702 =−′=
Y finalmente, el valor de Lw para este caso queda:
dBAS
SLL
o
PFAWA9,72log10 =
⋅+=
5.3.2.2.- Cálculo de Lw a partir de medidas de I
Usando la sonda de intensimetría acústica y el programa dBFA, se
obtiene el siguiente resultado para la potencia acústica:
CAPÍTULO 5 Ensayos comparativos de medición de potencia
9
73,8 73,3
71,9
73,4
71,6 70,4
72,4 74,2 75,2 73,6 72,3 71,4
70,2 70,7 73,2
72,9 72,9
73,6
72,5 74,0 76,8
75,7 71,8 71,3 71,8 72,7 76,3
71,6 71,0
73,4 74,3
dBALWA
1,72=
5.3.3.- ENSAYO CON AUMENTO DE LA DISCRETIZACIÓN.
5.3.3.1.- Cálculo de Lw a partir de medidas de P
FUENTE EN
FUNCIONAMIENTO
Fig. 5.4
CAPÍTULO 5 Ensayos comparativos de medición de potencia
10
dBAN
L
N
i
L
PA
PAi 2,73101
log101
1,0=
⋅=′ ∑
=
′⋅
Si aplicamos la corrección por entorno:
dBAkLLAPAPFA
7,712 =−′=
Y finalmente, el valor de Lw para este caso queda:
dBAS
SLL
o
PFAWA2,74log10 =
⋅+=
5.3.3.2.- Cálculo de Lw a partir de medidas de I
Usando la sonda de intensimetría acústica y el programa dBFA, se
obtiene el siguiente resultado para la potencia acústica:
dBALWA
3,72=
5.3.4.- ENSAYO CON RUIDO DE FONDO ELEVADO.
Una de las grandes ventajas de las medidas de intensidad frente a las
de presión, es que a las primeras no les afecta el efecto de los ruidos de fondo,
puesto que como ya se comentó en el capítulo 2, al tener carácter vectorial y al
Fig. 5.5
CAPÍTULO 5 Ensayos comparativos de medición de potencia
11
74,6
76,7
75,0
79,7
76,5
77,8
80,9 73,3 83,3
llevarlas a cabo sobre una superficie cerrada, las fuentes externas influyen
sobre unas caras con un sentido y sobre las otras con el opuesto, quedando
una influencia neta de 0. Para comprobarlo, hemos llevado a cabo un ensayo
en el que el ruido de fondo es inaceptable para el cálculo de la potencia
acústica a través de medidas de presión, según se indica en la norma ISO-
3744. Así podremos comprobar si el valor que nos arroja la sonda es o no
independiente del ruido de fondo.
5.3.4.1.- Cálculo de Lw a partir de medidas de P
RUIDO DE FONDO
CAPÍTULO 5 Ensayos comparativos de medición de potencia
12
75,7
77,6
75,4
77,1
78,4
78,6
79,9 78,3 82,3
FUENTE EN
FUNCIONAMIENTO
Está claro que en este caso, puesto que nuestro objetivo es
precisamente aumentar el ruido de fondo hasta un nivel que no permita
despreciarlo, habrá que realizar los cálculos correspondientes a éste:
dBAN
L
N
i
L
PA
PAi 7,78101
log101
1,0=
⋅=′′ ∑
=
⋅
dBAN
L
N
i
L
PA
PAi 6,78101
log101
1,0=
⋅=′ ∑
=
′⋅
( ) dBAk AL
A3,1101log10
1,0
1 =−⋅−=∆−
dBLLLPAPAA
1,0−=′′−′=∆
Habrá que aplicar el valor máximo del coeficiente de corrección por
ruido de fondo que es de 1,3, según se detalla en la norma ISO-3744, dado que
si realizamos el cálculo con los valores del ensayo, obtendríamos un
coeficiente de valor infinito. Así en este caso nos quedaría:
dBAkkLLAAPAPFA
8,755,13,16,7821 =−−=−−′=
Y el valor de la potencia acústica queda, para este caso:
CAPÍTULO 5 Ensayos comparativos de medición de potencia
13
dBAS
SLL
o
PFAWA3,78log10 =
⋅+=
5.3.4.2.- Cálculo de Lw a partir de medidas de I
Usando la sonda de intensimetría acústica y el programa dBFA, se obtiene
el siguiente resultado para la potencia acústica:
dBALWA
2,72=
Como se puede ver, en este caso el valor que nos arroja el método
basado en las medidas de presión, se aleja mucho de los valores que hemos
obtenido para los demás ensayos, por lo que debería ser tomado como un
valor erróneo o, al menos, como un mal resultado.
Por otro lado, podemos observar que la sonda intensimétrica junto con el
programa dBFA, nos arrojan un resultado que prácticamente coincide con el
obtenido para el caso base, en el que el ruido de fondo era despreciable, por lo
que se puede concluir que en las medidas de intensidad, el ruido de fondo no
es un factor relevante, ni siquiera influyente, lo cual ya ha sido explicado en el
apartado correspondiente del presente proyecto.
Fig. 5.6
CAPÍTULO 5 Ensayos comparativos de medición de potencia
14
71,4
70,8
69,1
75,1
72,9
74,1
73,1 71,7 71,3
5.3.5.- ENSAYO AL AIRE LIBRE.
Para comprobar la influencia del entorno acústico, se diseñó un ensayo
en un entorno distinto. Concretamente al aire libre, con lo cual los problemas
derivados de las reflexiones deberían desaparecer o, cuanto menos, verse
atenuados.
5.3.5.1.- Cálculo de Lw a partir de medidas de P
FUENTE EN
FUNCIONAMIENTO
En este caso tampoco se ha realizado el cálculo del nivel de presión del
ruido de fondo, puesto que un ensayo precedente de las mismas
características, arrojaba un valor para el mismo que distaba mucho de ser
relevante, por lo que en esta ocasión las medidas necesarias para calcular el
coeficiente de corrección por ruido de fondo se han obviado.
dBAN
L
N
i
L
PA
PAi 5,72101
log101
1,0=
⋅=′ ∑
=
′⋅
CAPÍTULO 5 Ensayos comparativos de medición de potencia
15
El método de determinación del coeficiente de corrección por entorno
acústico que usa el tiempo de reverberación del entorno, no es válido según se
señala en la norma ISO-3744, para medidas al aire libre.
Es lógico pensar, por otro lado, que en medidas exteriores, la corrección
por entorno acústico, que lo que pretende es contrarrestar el error que las
reflexiones introducen en las medidas, no deba aplicarse, por lo que se
prescinde de ella en los cálculos siguientes.
dBALLPAPFA
5,72=′=
Y finalmente, el valor de Lw para este caso queda:
dBAS
SLL
o
PFAWA0,75log10 =
⋅+=
5.3.5.2.- Cálculo de Lw a partir de medidas de I
Usando la sonda de intensimetría acústica y el programa dBFA, se obtiene
el siguiente resultado para la potencia acústica:
dBALWA
2,74=
Fig. 5.7
CAPÍTULO 5 Ensayos comparativos de medición de potencia
16
5.3.6.- ENSAYO CON LA FUENTE FUERA DE LA SUPERFICIE DE
MEDIDA.
Este ensayo está pensado para comprobar el hecho de que el
procedimiento para calcular la potencia acústica a través de la intensidad, sólo
mide la potencia de lo que se encuentra encerrado en el interior de la superficie
de medida. Por este motivo, no se ha llevado a cabo el ensayo para calcular la
potencia acústica a través de medidas de presión.
5.3.6.1.- Cálculo de Lw a partir de medidas de I
Usando la sonda de intensimetría acústica y el programa dBFA, se obtiene
el siguiente resultado para la potencia acústica:
Fuente Fig. 5.8
Fig. 5.9
CAPÍTULO 5 Ensayos comparativos de medición de potencia
17
dBALWA
4,56=
5.3.7.- ENSAYO PARA ESTUDIO DE LA DIRECTIVIDAD
Con este ensayo se han querido obtener resultados que nos ayuden a
explicar el fenómeno de la directividad en la sonda de intensidad. Por este
motivo, aquí tampoco se ha realizado el cálculo de la potencia acústica
mediante medidas de presión.
Hemos realizado la medida igual que en el caso base, pero orientando el
eje de la sonda de forma que exista un ángulo de 45º entre este y el eje de
cada segmento.
5.3.7.1.- Cálculo de Lw a partir de medidas de I
Usando la sonda de intensimetría acústica y el programa dBFA, se obtiene
el siguiente resultado para la potencia acústica:
dBALWA
5,70=
Fig. 5.10
CAPÍTULO 5 Ensayos comparativos de medición de potencia
18
71,4 72,0
71,6 70,2
71,0 71,1 70,1 69,7
73,1
71,3 70,9 71,3 71,5
71,9
72,9 71,1 71,9
5.3.8.- ENSAYO CON AUMENTO DEL TIEMPO DE MEDIDA
Los ensayos de cálculo de potencia a través de la intensidad que se
incluyen a continuación, bien se podrían desechar por el resultado tan alejado
del que nosotros hemos considerado como bueno que arrojan; sin embargo,
puesto que en su realización se incluyó una variación del tiempo de medida de
la sonda, nos serán de utilidad para explicar como afecta este parámetro a los
resultados de las medidas de intensidad.
Por otro lado, las medidas de presión tampoco son correctas, puesto que
se han realizado aquí más de las que se piden en la norma, aunque como ya
veremos, este hecho no afecta significativamente al resultado obtenido.
5.3.8.1.- Cálculo de Lw a partir de medidas de P
FUENTE EN
FUNCIONAMIENTO
dBAN
L
N
i
L
PA
PAi 4,71101
log101
1,0=
⋅=′ ∑
=
′⋅
Introduciendo la corrección por entorno queda:
dBAkLLAPAPFA
9,692 =−′=
Y finalmente, el valor de Lw para este caso queda:
CAPÍTULO 5 Ensayos comparativos de medición de potencia
19
dBAS
SLL
o
PFAWA4,72log10 =
⋅+=
5.3.8.2.- Cálculo de Lw a partir de medidas de I
Usando de nuevo la sonda G.R.A.S. modelo 50 AI, se obtiene el
siguiente resultado para la potencia:
dBALWA
6,70=
5.3.8.3.- Cálculo de Lw a partir de medidas de I (Repetibilidad)
Volvemos a realizar el ensayo con la sonda de intensimetría para
comprobar la repetibilidad de las medidas usando este equipo:
dBALWA
6,70=
5.3.8.4.- Cálculo de Lw a partir de medidas de I (30 s de tiempo de
medida)
Volvemos a realizar el ensayo con la sonda pero aumentando ahora el
tiempo de medida; actuación que se indica en la norma en caso de que se
necesite un mayor grado de precisión.
Realizando la variación comentada, que concretamente consiste en
aumentar de 20 a 30 s el tiempo de medida, se obtiene el siguiente resultado:
dBALWA
1,71=
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