Resumo – O trabalho discute o desenvolvimento e

implementação de uma metodologia para elaboração de modelos de predição do campo acústico do ambiente interno de uma usina hidrelétrica de grande porte, considerando o ruído produzido pelos geradores e equipamentos auxiliares. A proposta foi desenvolvida com base na abordagem experimental, teórica e na interação entre elas. Os modelos de simulação do ruído foram elaborados com base nas informações da construção predial do ambiente, nas características das fontes identificadas e na disposição dos equipamentos auxiliares. O software utilizado para a obtenção dos mapas acústicos do ambiente foi o CadnaSAK que utiliza um método híbrido envolvendo o método fonte imagem virtual e traçado dos raios. O modelo de simulação foi validado comparando os valores obtidos com dados medidos experimentalmente. Foi também verificado que não existe no mercado aplicativos computacionais dedicados a Gestão de Ruídos para Usinas Hidrelétricas, e neste sentido um dos produtos do Projeto foi o desenvolvimento de um software dedicado a gestão de ruídos para a CESP.

Palavras-chave – Ruído, mapa acústico, saúde do trabalhador, gestão de ruídos.

I. INTRODUÇÃO Os níveis de ruído gerados nos grandes centros, nos

ambientes de trabalho e de diversão têm se tornado um agente nocivo tanto à saúde das pessoas como ao meio ambiente no mundo moderno. Na maioria dos países o ruído é um agente nocivo que prevalece no ambiente de trabalho. Estudos indicam que um trabalhador gasta em média 20% a mais de energia em ambientes ruidosos.

Este trabalho foi desenvolvido no âmbito do Programa de Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico do Setor de Energia Elétrica regulado pela ANEEL e consta dos Anais do VII Congresso de Inovação Tecnológica em Energia Elétrica (VII CITENEL), realizado na cidade do Rio de Janeiro/RJ, no período de 05 a 07 de agosto de 2013.

J. A. Pereira, A. E. Turra, J. A. F. Mazarini, L. E. Zampar - Unesp de Ilha Solteira (e-mails: japereira@dem.feis.unesp.br; turra@ dem.feis.unesp.br).

M. A. Pereira, C. B. Silveira – M.Fap Consultoria Elétrica – Campinas – SP (e-mails: mauro.pereira@mfap.com.br; Cristiano@citisystens.com.br)

J. M. Teixeira trabalha na CESP (e-mail: Jose.teixeira@cesp.com.br).

No Brasil as estatísticas do INSS comprovam que o ruído tem sido um agente causador de doenças, estresse ocupacional e acidentes de trabalho. Assim, é fundamental que o ruído esteja controlado nos ambientes de trabalho. A permanência de pessoas em ambientes com níveis elevados de ruído pode causar comprometimentos orgânicos diversos, tais como hipertensão arterial, estresse, aumento de tensão muscular, incapacidade de concentração e, principalmente, distúrbios auditivos, tanto temporários como permanentes, sendo que a perda de audição induzida por ruído (PAIR) é a única patologia causada pelo ruído reconhecida pela legislação brasileira .

A Norma NBR -10.152 (NB-95) “Níveis de Ruído para Conforto Acústico” fixa limites de ruído visando o conforto ambiental. Para avaliação da insalubridade por ruído em locais de trabalho, a Consolidação das Leis do Trabalho, na Portaria 3.214, NR-15, estabelece os limites de exposição ao ruído para os trabalhadores, visando protegê-los de danos auditivos.

A legislação vigente em relação à saúde do trabalhador obriga a elaboração de programas de saúde ocupacional voltados para o controle dos riscos físicos, químicos, biológicos e ergonômicos que o trabalhador esta exposto, incluindo a exposição ao ruído. Para atender a todas as demandas normativas da legislação (Portaria nº 3214, NR1, NR6, NR7, NR9-NR15 e NR17) é fundamental uma gestão de forma integrada e sistêmica de todos os procedimentos e subprogramas implementados pelo pessoal da Engenharia de Segurança e Medicina do Trabalho da Empresa.

Neste contexto, a implementação de um Sistema de Gestão de Ruído é uma etapa importante na implementação de um Sistema Integrado de Gestão de Saúde e Segurança Ocupacional do trabalhador pela Empresa visando dar pleno cumprimento à legislação. Isso possibilita que as informações e ações relacionadas ao ruído sejam mais bem integradas, permitindo estudos mais abrangentes e um maior controle e inter-relacionamento das variáveis. Como consequência tem-se um melhor gerenciamento pela Engenharia de Segurança e Medicina do Trabalho dos eventuais riscos, com a identificação mais imediata e clara de setores e fatores críticos. Isso leva ao planejamento, tomada de decisões e estratégias de ação mais efetivas,

Desenvolvimento de uma Metodologia para Avaliação e Predição dos Níveis de Ruído em

Usinas Hidrelétricas visando a segurança e conforto dos trabalhadores

João A. Pereira, Antonio E. Turra, João A. F. Mazarini, Luis E. Zampar, Mauro A. Pereira,

Cristiano B. Silveira e José Teixeira

permitindo integrar a gestão de risco em todos os aspectos, partindo da educação, controle e proteção, monitoramento e liderança, colaborando para que a empresa seja Sustentável e consciente de sua Responsabilidade Social, preocupada com o bem-estar e saúde do trabalhador.

O trabalho objetiva o desenvolvimento das bases para a implantação do Sistema de Gestão de Ruído Ocupacional, tendo como meta a proteção da saúde do trabalhador, i.e., prevenir que trabalhadores em funções expostas a níveis de ruídos perigosamente altos desenvolvam a Perda Auditiva Induzida por Ruído (PAIR). Para isso foi desenvolvida uma metodologia de avaliação e predição dos níveis de ruído em usinas hidrelétricas, tendo a Usina Hidrelétrica de Ilha Solteira (UHE-Ilha Solteira) como usina piloto.

A metodologia foi desenvolvida utilizando, de forma complementar, uma abordagem teórica e uma experimental. A abordagem experimental envolveu a análise e caracterização do ambiente físico, elaboração dos procedimentos, definição das principais fontes e pontos de medição, processamento e análise dos dados e intervenção. Já a abordagem teórica envolveu a modelagem do ambiente com a inserção das fontes e o modelo de propagação do ruído no ambiente e finalmente a confrontação e validação do modelo com base nas medições experimentais.

Os resultados obtidos mostraram que a metodologia proposta leva à modelos representativos e adequados para estudar o comportamento e a distribuição do ruído no ambiente, caracterizando uma importante ferramenta para geração de modelos para estudos de simulação e predição dos níveis de ruído (modelos virtuais). A utilização de modelos de predição para avaliar a implementação de possíveis ações para mitigação do efeito do ruído no ambiente, bem como adoção de estratégias de controle da exposição do trabalhador a níveis indesejados de ruído vem se mostrando bastante eficientes.

Este trabalho é resultado do Projeto: “Desenvolvimento de Metodologia para Avaliação e Predição dos Níveis de Ruído em Usinas Hidrelétricas visando a segurança e conforto dos trabalhadores” com o nº Aneel: PD-0061-0006/2010 desenvolvido para a CESP e sendo executado pela M.FAP Consultoria Elétrica, Fundação de Ensino e Pesquisa e Extensão de Ilha Solteira - FEPISA e Sindicato dos Engenheiros no Estado de São Paulo – SEESP.

II. DESENVOLVIMENTO DA PESQUISA Nos dias atuais, cada vez mais as pessoas se deparam com

ambientes ruidosos dos mais variados tipos, abrangendo tanto ambientes externos como internos, por exemplo, aeroportos, tráfegos rodoviários, ambientes industriais entre outros. O estudo do comportamento acústico, tanto em ambientes abertos como fechados, tem aumentado significativamente em parte devido às novas demandas e exigências que buscam projetar ambientes cada vez mais silenciosos e confortáveis e a legislação trabalhista que reconhece o ruído como um problema na saúde do trabalhador.

O ruído industrial é prejudicial à saúde do trabalhador e vem sendo considerado como um dos maiores problemas de poluição ambiental, o que tem despertado cada vez mais o interesse por projetos e pesquisas. No Brasil, a poluição sonora industrial tem crescido muito nas últimas décadas, causando gravíssimos prejuízos físicos e psicológicos ao homem e abalando o meio ambiente sonoro [1]. A qualidade sonora é um dos pressupostos essenciais para que o meio ambiente fique ecologicamente equilibrado, consagrado pelo art. 225 da Constituição Federal e por outros dispositivos legais.

Em se tratando de ambientes de trabalho é de suma importância saber que o ruído é o agente nocivo que prevalece. Estudos indicam que um trabalhador gasta em média 20% a mais de energia em ambientes ruidosos. As estatísticas do INSS comprovam que o ruído tem sido um agente causador de doenças, estresse ocupacional e acidentes. Assim, é de fundamental importância que o ruído esteja controlado no ambiente de trabalho.

A. Estudos Relacionados

A qualidade acústica de salas, em especial salas de concertos, auditórios e salas de aula vem sendo estudada desde os anos 70 [2]- [5]. Já a preocupação com ambientes industriais passou a ser mais efetiva a partir da década de 80 quando houve a necessidade de se estudar e controlar mais o ruído industrial, principalmente, em relação ao conforto dos trabalhadores que ficavam totalmente expostos a níveis de pressão sonora altíssimos, causando graves problemas auditivos posteriormente.

A partir da década de 90 a criação de modelos computacionais foi amplamente utilizada na área de acústica de salas, visando elaborar modelos de simulação numérica para a propagação do ruído em ambientes fechados, seja esse ambiente uma sala, um teatro, um galpão ou até mesmo uma indústria. A modelagem dos fenômenos acústicos de propagação, geração e recepção do ruído tem sido objetos de pesquisa em diversos países [6]-[7] e atualmente, existem diversos métodos para o cálculo do mapa de propagação e distribuição de ruídos sendo que os resultados estão na maioria dos casos condicionados a um conjunto de restrições e parâmetros que limitam sua aplicação, por exemplo, na acústica de salas os métodos que apresentam bons resultados para altas frequências podem não apresentar a mesma precisão em baixas frequências, e vice versa.

A acústica de ambientes fechados, resumidamente, diz respeito às investigações, através de medições experimentais, e determinações, através de métodos analíticos ou numéricos, das propriedades e do comportamento acústico dos ambientes fechados. Neste caso os métodos numéricos vêm se consolidando como ferramentas poderosas na previsão do campo acústico de salas, em especial os métodos com base no traçado de raios e fonte imagem virtual. Os métodos fonte imagem virtual e traçado de raios acústicos com suas diversas derivações serviram de base para a criação de diversos algoritmos e programas de computador utilizados em trabalhos e estudos do ruído em ambientes industriais [8].

A modelagem com base na técnica de traçado de raios denominada Rayscat que leva em consideração a geometria real do ambiente e a influência da distribuição dos equipamentos é descrita em [9]. As pesquisas no campo da acústica geométrica, conforme discutido em [10], emergiram em algoritmos híbridos como o Método de Raios Cônicos (CBM) e ao Método de Raios Triangulares (TBM). Após anos de desenvolvimento, os modelos computacionais da acústica geométrica tenderam cada vez mais para os métodos híbridos combinando as melhores características dos modelos da fonte imagem e dos modelos de traçado de raios, levando a consideráveis reduções de tempos de cálculo e simulações [11].

O número de trabalhos na área especifica de Usinas Hidrelétricas se mostrou bem menor em relação às demais áreas e os estudos ainda não estão bem consolidados, mas já existem alguns trabalhos abordando o efeito do ruído em usinas hidrelétricas. Trabalhos como “Soluções Numéricas de Controle de Ruído em Usinas Hidrelétricas da CHESF” [12] e “Implantação de Sistema para a Redução de Ruído na Fonte, Motores de Grande Potência, em Atendimento a NR-15 na UHE Engenheiro Sergio Motta (Porto Primavera) – CESP” [13] são exemplos de estudos que se assemelham a proposta este trabalho que tem como foco principal o desenvolvimento de modelos de predição do comportamento do campo acústico no ambiente interno de usinas hidrelétricas.

Neste contexto, o trabalho busca apresentar contribuições complementares no campo da acústica de ambientes industriais, mais especificamente, ambiente de usinas hidrelétricas. A proposta do trabalho envolve um estudo das principais técnicas utilizadas para a simulação de ruído em ambientes industriais fechados visando à elaboração do mapa acústico do ambiente interno de uma usina hidrelétrica de grande porte, considerando o ruído produzido pelos geradores, equipamentos e máquinas auxiliares ali presentes.

A proposta será validada comparando medidas experimentais obtidas na planta real com os dados das simulações numéricas para que, posteriormente, o modelo possa ser utilizado para estudos e avaliações dos possíveis locais sujeitos a níveis excessivos de ruído, bem como simular o efeito da implementação de eventuais ações para a redução de ruído no ambiente.

B. Conceitos e Fundamentação Teorica

Nesta seção são abordados os conceitos referentes à

propagação do ruído em ambientes fechados e uma breve discussão dos métodos numéricos o Método das Fontes Virtuais, o Método do Traçado dos Raios e a combinação de ambos, denominado Método Híbridos.

Método das Fontes Virtuais

A característica importante do método das fontes virtuais é a maneira utilizada para modelar as reflexões do som proveniente de uma fonte sonora. O método considera as superfícies refletoras do ambiente como espelhos. As fontes sonoras inseridas no ambiente são espelhadas em relação a todas as superfícies, criando as imagens das fontes, sendo

estas, fontes virtuais de primeira ordem. As fontes virtuais de primeira ordem são espelhadas novamente e assim sucessivamente, criando fontes virtuais de ordens maiores. A característica especular do ambiente permite rastrear o caminho dos raios sonoros da fonte ao receptor, ou o caminho inverso, do receptor para a fonte [14].

Método do Traçado dos Raios O Método do Traçado dos Raios (Ray Tracing Method

RTM) associa a onda sonora a raios luminosos e a fonte sonora a uma fonte luminosa. Este modelo parte do princípio que uma fonte sonora irradia o som através de raios com a velocidade do som em diversas direções. A energia sonora de cada raio é a energia sonora da fonte dividida pelo número de raios. Ao tocar uma superfície, o raio é refletido, e devido à absorção da superfície, ele perde parte da sua energia. O raio é refletido diversas vezes até atingir uma energia mínima pré-determinada, quando ele é eliminado [14].

Ao passar por um receptor, a energia do raio e o tempo decorrido desde a sua radiação são registrados. Desta forma, o campo sonoro naquele ponto é a soma das intensidades dos raios que “passam” por ele.

As fontes sonoras neste método de traçado de raios são caracterizadas por sua potência sonora e directividade, entretanto utiliza-se apenas a posição da fonte e a direção de referência (no eixo). Para modelar a directividade podem ser escolhidas direções especificas para partículas com densidades de energia diferentes [14].

Métodos Híbridos

O método híbrido é uma combinação do Método das Fontes Virtuais com o Método de Traçado de Raios, mesclando a natureza determinística, derivadas do método de fonte imagem, com algumas características estatísticas do traçado dos raios [8], reduzindo significativamente o tempo de computação, e eliminando a maioria das incertezas devido à natureza estatística dos raios presentes no RTM. O método busca simular os três fenômenos mais importantes da propagação do som em salas, que são a absorção, a reflexão especular e a reflexão difusa [12].

Dentre os Métodos Híbridos existentes os mais utilizados como opções para processamento são: Método dos Raios Cônicos (Conical Beam Method – CBM) e o Método dos Raios Triangulares (Triangular Beam Method – TBM).

Método dos Raios Cônicos

O Método dos Raios Cônicos (CBM) emite um grande número de cones com seus vértices na fonte, como é mostrado na figura 1. A propagação dos cones no ambiente é assegurada pela aplicação de um algoritmo de raios acústicos nos seus eixos. Uma fonte imagem visível é encontrada quando um ponto de recepção se encontra dentro do volume varrido pelo cone. Sua contribuição é calculada facilmente usando a divergência esférica. A vantagem em relação ao método da fonte imagem virtual é que não é necessário o teste de visibilidade.

Figura 1 - Propagação de um cone em uma sala retângular.

Método de Raios Triangulares

O Método de Raios Triangulares (TBM) é similar ao CBM. O que diferencia é que o TBM emite pirâmides de base triangular para discretizar a frente de ondas esféricas, figura 2, no lugar de cones como no CBM. Isto evita o aparecimento do problema de superposição de feixes apresentado pelo CBM, uma vez que as pirâmides adjacentes cobrem perfeitamente a fonte esférica, mas o problema de estreitamento de feixes permanece [12].

Figura 2 - Método de raios triangulares

O TBM fornece resultados mais precisos do que o CBM,

mas é necessário mais tempo computacional para convergir.

C. Metodologia A metodologia de avaliação e predição dos níveis de

ruído em Usinas Hidrelétricas visando à segurança e conforto dos trabalhadores foi desenvolvida como base nas seguintes etapas: Revisão Bibliográfica e Estado da Arte; Procedimentos de Medição dos Ruídos; Processamento dos Dados Coletados e Obtenção do Mapeamento Acústico; Desenvolvimento de uma Metodologia de Predição do Comportamento Acústico em Hidrelétrica; Avaliação do Ambiente Acústico com a Aplicação da Metodologia Desenvolvida e finalmente, a etapa de Implantação, Treinamento e apresentação do Relatório Final. A metodologia, resumidamente, seguirá dois tipos de abordagem: experimental e teórica.

A abordagem experimental envolve as seguintes etapas: Análise e caracterização do ambiente físico, elaboração de um procedimento para a realização das medições para definir pontos que representasse o ambiente como um todo, realização das medições nesses pontos previamente definidos, processamento e análise dos dados coletados durante o procedimento de medição. Já a abordagem teórica envolve a caracterização do ambiente físico, a definição das principais fontes de ruído, o estudo e a modelagem da propagação do ruído com base na fundamentação e nas

medições realizadas e finalmente a elaboração do modelo global do campo acústico. Tendo sido definido o modelo acústico, o próximo passo refere-se a validação que é feita com base nas medições obtidas na abordagem experimental.

A figura 3 mostra esquematicamente o fluxograma das várias etapas envolvidas na metodologia proposta no trabalho.

Figura 3 – Fluxograma das etapas do projeto

Para avaliar as condições operacionais quanto aos

níveis de ruído gerados e também fazer o levantamento da área de impacto do ruído provenientes das principais fontes, foi realizado medições em todo o ambiente interno do piso dos geradores. O ruído ambiente proveniente das atividades de geração de energia das turbinas, geradores e equipamentos auxiliares serão discutidos e analisados.

D. Medição e Identificação das Fontes de Ruído A primeira etapa para o cálculo e definição do mapa

acústico de um ambiente envolve a análise e avaliação das características desse ambiente, tendo como base os principais pontos ruidosos. Esse levantamento vai evidenciar os principais pontos a serem observados na modelagem e fornecer, a partir das medições realizadas, as informações necessárias para descrever o campo acústico do ambiente.

Os procedimentos de medição são considerados de extrema importância para o desenvolvimento e elaboração de modelos acústicos, bem como para a obtenção de dados para a confrontação e ajuste do modelo simulado, neste caso, o modelo do piso dos geradores da UHE Ilha Solteira.

Neste caso, uma avaliação inicial de uma parte da planta baixa do ambiente do piso dos geradores foi feita antes de dar início à criação do modelo real incluindo todas as 20 unidades geradoras da usina. Foi feito uma avaliação e um estudo preliminar de uma parte do piso dos geradores envolvendo apenas uma unidade geradora, a UG01.

A análise foi feita inicialmente para a primeira unidade geradora denominada UG01 e o ruído no entorno dessa unidade foi medido em um conjunto de seis pontos específicos, definidos em função da planta física do local. A planta baixa do piso dos geradores próximo ao setor compreendendo a UG01 é mostrada na figura 4.

Figura 4 – Identificação dos pontos de medição

Os pontos de medição foram definidos em função da sua posição na planta física. O ponto de medição 1 foi definido como o ponto de medida em frente o poço da turbina (FPT), esse ponto foi escolhido porque o local é um ponto de fuga do ruído gerado pela turbina. O ponto de medição 2 foi definido como o ponto de medida do ruído da turbina-gerador, este ponto está localizado dentro da sala amarela (DSA). A sala amarela consiste em uma estrutura de paredes de concreto que mantém o gerador envolto, praticamente isolado do ambiente, e o ruído fica enclausurado no local. Esse é o ponto de medição que poderia representar os níveis de ruído da UG01 de forma mais direta. O ponto 3 foi definido como o ponto de medida em frente a sala amarela (FSA) considerando que esse ponto também é um ponto em que existem fugas do ruído da turbina-gerador devido a porta de acesso à sala amarela. O ponto de medição 4 representa o ponto de medida ao lado do regulador de velocidade (LRV), esse ponto foi escolhido buscando captar a influência do ruído emitido pelas bombas do regulador. O ponto de medição 5 representa a medida feita entre máquinas (EM), o intuito de se obter o ruído nesse ponto foi avaliar as contribuições que uma UG poderia exercer na outra. E finalmente o ponto de medição 6, ponto de medida ao lado do trafo de excitação (LTE), foi escolhido por se encontrar em uma região de movimentação dos operadores. Esse ponto está localizado em um nível acima do piso dos geradores, aproximadamente 7 metros, denominado piso dos operadores e é caracterizado por estar distante das principais fontes.

Os procedimentos de medição seguiram recomendações da norma NBR 10.151. Nas medições realizadas utilizou-se um medidor de pressão sonora do tipo 1, que atende ás especificações da IEC 60651. O equipamento possui recursos para medição de nível de pressão sonora equivalente, como é especificado na IEC 60804, e as

medidas foram realizadas em bandas de oitava abrangendo faixas de 16 Hz a 16 kHz. Os procedimentos de avaliação e medição do ruído não interferiram nas condições ambientais e operacionais do ambiente em estudo.

O medidor utilizado foi o modelo Solo Black SLM da marca 01dB. Antes de cada processo de medição o medidor foi calibrado com um calibrador da mesma marca que atende às especificações da IEC 60942 (94dB a 1000Hz). O medidor de nível de pressão sonora e o calibrador acústico possuem certificado de calibração da Rede Brasileira de Calibração (RBC). A figura 5 ilustra uma tomada de medição feita ao lado do regulador de velocidade.

Figura 5 – Tomada de medição ao lado do regulador de velocidade

(LRV)

Feita as medições e avaliações preliminares de alguns pontos em que o ruído foi medido por níveis equivalentes e por bandas de frequência, passou-se as medições do ruído no conjunto de pontos pré-definidos para avaliar o comportamento acústico da UG01 na planta.

As medições foram feitas no piso dos geradores em dias e horários diferentes. Os níveis de pressão sonora em dB(A), foram lidos em resposta rápida (fast) a cada 1 segundo.

III. SIMULAÇÃO E MAPAS DE RUÍDO DOS AMBIENTES

Os mapas de ruído do piso de geradores, das galerias de

filtros e oficina foram todos elaborados de acordo com os procedimentos e metodologia discutida anteriormente.

No caso do piso de geradores foram utilizados dois tipos de fontes para simulação do mapa de ruído. Uma fonte associada ao ruído da própria UG e uma fonte associada ao ruído do regulador de velocidade (RV), ambas as fontes foram definidas por bandas de frequência, com base nos valores medidos nos testes experimentais. As medições abrangeram todas as vinte UG´s e foram feitas no período da manha, tarde e a noite. Para cada máquina foi utilizado um conjunto de pontos pré-definidos, mais especificamente, um conjunto de seis pontos:

- Entrada do Poço da Turbina (E.P.T), - Em Frente à Sala Amarela (F.S.A), - Ao Lado do Regulador de Velocidade (L.R.V) - Entre Máquinas (E.M), - Dentro da Sala Amarela (D.S.A), - Ao Lado do Trafo de Excitação (L.T.E). Os valores de níveis de ruído utilizado para representar a

fonte associada à própria UG foram definidas com base nos

1

2

3

4

5

6

dados medidas dentro da sala amarela (DSA) e os dados utilizados para representar a fonte associada ao regulador de velocidade foram medidos ao lado do regulador de velocidade (LRV). Os demais pontos de medição foram utilizados para validar o modelo de simulação, os valores medidos nesses pontos são denominados pontos de validação/calibração.

No caso da galeria de filtros foram utilizados três tipos de fontes para obtenção do mapa acústico do local. Uma fonte associada ao ruído devido a abertura entre o piso das UG´s e a galeria de filtros (Ab), uma fonte associada ao ruído do Poço de bombas (Pç) e uma fonte associada ao sistema de ventilação (Vt) e Compressores (Cp). As fontes também

foram definidas por bandas de frequência, com base nos valores obtidos nos testes experimentais. Neste caso, os dados e parâmetros utilizados foram medidos ao longo do dia. Os parâmetros utilizados no processo de simulação tais como características da construção predial do ambiente físico, características construtivas e geométricas, tipos de materiais e disposição espacial dos equipamentos no ambiente foram obtidos diretamente da própria planta da Usina. As figuras 6 e 7 mostram, respectivamente, a planta baixa da Usina, aberturas, escadas e etc. com relação ao piso de geradores e a planta baixa do piso da galeria de filtros.

Figura 6 – Planta baixa da UHE, piso de geradores e operadores – Ilha Solteira.

Figura 7 – Planta baixa da UHE, piso da galeria de filtros – Ilha Solteira

A tabela I mostra os valores de pressão sonora em dB(A), por bandas de frequência, utilizados para representar as fontes utilizadas na simulação do campo acústico do piso dos geradores.

Tabela I – Valores por bandas de frequência atribuídos as fontes

do modelo de simulação Fontes dB(A) 125Hz 250Hz 500Hz 1kHz 2kHz 4kHz

UG01 107,1 105,8 102,6 99,6 93,1 87,6 UG02 107,6 103,5 101,6 98,9 91,9 85,7 UG03 104,2 103,4 103,0 99,2 93,1 86,5 UG04 104,1 103,8 103,3 98,8 93,1 86,5 UG05 109,6 102,7 106,9 107,7 94,7 88,5 UG06 105,5 113,8 112,5 104,6 97,0 89,4 UG07 104,8 103,4 102,8 99,7 92,0 85,8 UG08 104,5 105,0 104,3 101,0 92,7 86,0 UG09 108,8 104,6 102,3 99,2 93,0 86,7 UG11 106,2 104,2 102,8 102,3 94,8 85,9 UG12 106,8 104,4 103,1 100,0 92,7 85,9 UG13 107,1 104,7 100,8 99,8 89,5 82,0

UG14 107,9 104,7 102,8 99,3 91,7 85,8 UG16 107,7 103,5 100,0 98,4 91,6 84,2 UG17 105,3 111,1 102,5 98,8 91,9 85,7 UG18 103,6 109,0 102,9 99,2 92,2 86,1 UG19 107,8 104,0 101,7 101,7 91,4 84,0 UG20 105,3 103,4 99,8 97,8 89,6 82,5 RV05 91,2 97,4 92,3 86,7 82,6 74,0 RV06 91,6 99,4 91,8 87,4 82,0 73,4 RV07 88,6 89,8 90,2 87,6 83,0 74,8 RV08 90,6 91,5 88,2 85,1 80,0 70,9 RV09 86,0 88,8 89,7 85,2 81,3 72,7 RV11 88,6 88,3 88,5 85,9 81,5 73,1 RV12 90,4 90,3 89,9 86,0 80,4 72,4 RV13 88,9 89,0 89,9 85,7 80,0 73,1 RV14 86,8 87,7 88,7 86,0 81,9 79,2 RV16 87,5 89,5 87,3 84,1 78,9 69,9 RV17 88,8 90,1 87,5 87,6 83,2 73,2 RV18 88,0 89,0 87,0 87,9 83,1 74,0 RV19 88,8 86,7 85,2 86,4 83,3 73,1 RV20 86,2 85,4 87,3 86,4 81,3 71,4

A tabela II apresenta os níveis de ruído medidos em dB(A), por banda de frequência, para os diversos pontos localizados no piso da galeria. Estes foram os dados utilizados para a caracterização das fontes de ruído e validação dos modelos. Tabela II – Níveis de ruído medidos nos diferentes pontos mostrados na figura 7

UG dB(A) Ponto de medição 125

Hz 250 Hz

500 Hz

1k Hz

2k Hz

4k Hz

UG 01 Poço – Pç 1 78,8 79,7 78,1 74,6 68,9 60,4 Compressor Cp1 90,4 94,5 91 87,6 84,4 79,9

UG 02 Abertura Ab 2 86,5 84,7 83,1 79,9 73,9 65 Poço – Pç 2 83,2 83,9 82,9 80,8 75,8 67,4 Ventilação - Vt 2 83,2 84 83,6 82 77,7 67,7

UG 03 Abertura – Ab 3 87,8 87,3 84,5 80,6 74,4 66,5 Poço – Pç 3 84,7 85 83,8 79,9 74,7 67,7

UG 04 Abertura – Ab 4 88,6 86,9 84,7 81,7 75,6 68 Poço - Pç 4 88,1 87,5 85,2 82 76,9 68,7 Ventilação –Sv 4 86,6 86,3 85,1 83,1 78 68,2

UG 05 Abertura – Ab 5 88,5 87,3 85,7 83,5 76,7 69 Poço - Pç 5 86 89,6 86,9 83,6 78 69,8 Compressor 05 87,5 95,9 94,5 89 84,5 81,5

UG 06

Abertura – Ab 6 87,1 85,6 85,1 83,3 75,2 67,2 Poço - Pç 6 82,3 83,5 83,4 81,1 75,1 67,2

Ventilação – Sv 6 84,4 84,8 83,7 81,5 76 66,2

UG 07 Abertura – Ab 7 85,3 86,7 85 81,5 75,5 67,5 Poço - Pç 7 83,9 84,9 83,2 80,6 75,8 66,9 Ventilação– Sv 7 84,1 84,9 84 81,4 76,5 68,3

UG 08 Abertura – Ab 8 84,7 86,1 85,4 81,5 75,7 67,7 Poço - Pç 8 82,9 85,8 82,9 79,1 72,6 63,6

UG 09 Abertura – Ab 9 86,6 87,5 87 84 75,8 67,3 Poço - Pç 9 86 88,2 85,6 81,6 75,3 66,4 Ventilação – Sv 9 84,6 89,8 86,6 82 77,2 68,2

UG 10

Abertura – Ab 10 91,4 91,5 88 83,7 77,8 70,4 Poço - Pç 10 86,2 90,3 87,8 84,3 78,5 71 Ventilação - Sv 10 86,2 91,4 87,7 84 79 71,4

Compressor-Cp10 88,7 96,9 92,5 87,9 84,4 81,3

UG 11

Abertura – Ab 11 88,6 91,1 89 85,5 78,9 72,3 Poço - Pç 11 87,6 92,7 89,5 86 80,6 74,9 Comp. Cp 11_1 92,5 96,8 93,1 88,1 84,5 80,5 Comp. Cp 11_2 93,5 99,1 94,8 89 86,5 83,1

UG 12 Abertura – Ab 12 90,3 90,2 87,8 83,6 77,8 70,6 Poço - Pç 12 87,5 93,3 89,6 83,8 79,4 73 Compressor 12 90,5 96,6 95 87,3 84,7 80,9

UG 13 Abertura – Ab 13 85,2 87,6 84,9 81,4 76,6 67,2 Poço - Pç 13 87,5 88 85,3 81,6 76,6 67,8 Ventilação 13 89,8 88,6 85 81,7 77,2 68,6

UG 14 Abertura – Ab 14 86,6 86,9 85,4 81,8 75,9 66,7 Poço - Pç 14 87,1 87,7 84,2 81,6 77 67,5 Ventilação 14 87,9 87,4 85,9 81,9 76,9 67,7

UG 15

Abertura – Ab 15 85,7 87 85,3 82,2 76,4 67 Poço - Pç 15 86,7 87,3 84,1 81,9 77,1 68,3 Ventilação 15 87,7 86,7 85,1 82,8 77,6 68,1

UG 16

Abertura – Ab 16 91,5 89,1 86,1 82,7 77 69,2 Poço - Pç 16 88 91,6 85 82,8 78,2 71,7 Compressor Cp-16 89,6 95,4 91,2 88,1 85,7 82,3

UG 17

Abertura – Ab 17 86,6 86,2 84,7 81,9 76,1 67,1 Poço - Pç 17 84,9 84,4 82,3 80,1 74,2 66,7 Ventilação 17 86,1 88,6 87,6 85,3 80,9 72,5

UG 18

Abertura – Ab 18 86,1 88,4 85,8 84,6 79,5 69,9 Poço - Pç 18 86,4 87 85,6 83,4 78,3 69,7 Ventilação 18 86,1 88,6 87,6 85,3 80,9 72,5

UG 19

Abertura – Ab 19 86,5 88,1 85,8 85 80,1 70,6 Poço - Pç 19 86,1 86 85,5 83,4 78,3 69,2 Ventilação 19 86 86,9 84,8 82,7 79 71,4

UG 20

Abertura – Ab 20 86,3 85,8 85,1 84,3 79,5 70,1 Poço - Pç 20 86,4 85,4 83,5 80,9 76,6 69,1 Ventilação 20 83,7 86 85,4 83,3 80,1 74,7

Uma vez definidos os parâmetros necessários para

alimentar o modelo de simulação passou-se ao processo de simulação propriamente dito.

O modelo de simulação foi feito utilizando o software CadnaSAK. No processo de simulação o software utiliza os conceitos de acústica geométrica mais especificamente um método híbrido envolvendo os métodos de traçado de raios e fonte imagem virtual, descritos anteriormente.

O software utiliza como dados de entrada, as características do ambiente físico e das fontes de ruído atribuídas ao modelo. O software realiza o cálculo do mapa acústico, seguindo padronizações dispostas na norma alemã VDI 3760.

A figura 8 mostra a interface inicial do software CadnaSAK.

Figura 8 – Interface inicial do software CadnaSAK

O processo de simulação e cálculo do mapa acústico foi

elaborado com base nas informações da construção predial do ambiente, nas características das fontes, disposição espacial dos equipamentos e maquinários auxiliares, bem como na padronização da directividade das fontes de ruído. No caso do piso da galeria de filtros o processo de simulação foi idêntico.

A. Mapa de ruído do Piso de Geradores

Uma vez caracterizado o ambiente físico e identificado às fontes de todo o ambiente, bem como parâmetros para alimentar o software de simulação, passou-se a etapa de cálculo do ruído no piso com todas as 20 UG(s).

O modelo foi definido englobando todo o espaço físico do piso dos geradores e dois tipos de fontes sonoras. As fontes identificadas e associadas às UG(s) e as fontes associadas aos respectivos RV(s). As UG(s) 10 e 15 estavam paradas durante o processo de medição, devido a isso, os valores de pressão sonora para essas respectivas fontes não foram consideradas, caracterizando uma fonte que não produz ruído. Entretanto a UG10 e a UG15 foram incluídas no modelo, porém para o cálculo do mapa acústico do piso ambas foram representadas como estando paradas.

A figura 9 mostra o mapa acústico do ambiente, sendo que as UG10 e UG15 estavam paradas. Para melhor visualização o mapa global foi subdividido em conjuntos de quatro UG(s).

(a) Setor entre as UG01 a UG04

(b) Setor entre as UG05 a UG08

(c) Setor entre as UG09 a UG12

(d) Setor entre as UG13 a UG16

(e) Setor entre as UG17 a UG20

Figura 9. Mapa de Ruído do Piso de Geradores/Operadores

Os valores obtidos foram comparados com os valores medidos experimentalmente no conjunto de pontos de validação previamente definidos, visando avaliar a consistência e representatividade do modelo de predição.

B. Mapa de ruído no piso da galeria de filtros

Uma vez caracterizado o ambiente físico e identificado todas as fontes, bem como parâmetros para alimentar o software, passou-se a etapa de cálculo da propagação do ruído no ambiente.

A figura 10 mostra o mapa de ruído do piso da galeria de filtros calculado com base nos respectivos parâmetros definidos anteriormente. Neste caso o mapa global também foi subdividido por regiões.

(a) Setor entre as UG01 a UG04

(b) Setor entre as UG05 a UG08

(c) Setor entre as UG09 a UG12

(d) Setor entre as UG13 a UG16

(e) Setor entre as UG17 a UG20

Figura 10. Mapa Acústico da galeria de filtros

A figura 11 mostra na planta física e a localização dos

respectivos pontos utilizados para comparação e validação do modelo da galeria dos filtros. A comparação visa avaliar a representatividade do modelo, vistos que os valores obtidos nos diferentes pontos através da simulação são comparados diretamente como os valores medidos no próprio ambiente.

Figura 11 - Localização dos pontos de medição para comparação com os dados simulados

Na tabela III são apresentadas as comparações dos valores

simulados com os valores medidos. Os valores medidos e simulados são valores globais de ruídos (nível equivalente) na escala dB(A). Tabela III. Valores simulados e medidos para a galeria de filtros

Pontos Valor Medido

Valor Simulado Desvio

01 89,5 89,6 -0,1 02 87,8 87,9 -0,1 03 86,1 85,7 0,4 04 85,2 85,4 -0,2 05 86,1 86,0 0,1 06 84,1 83,8 0,3 07 82,8 83,0 -0,2 08 83,1 82,7 0,4 09 82,6 82,2 0,4 10 82,9 83,1 -0,2 11 83,8 84,0 -0,2 12 85,4 85,2 0,2 13 86,9 87,1 -0,2 14 87,1 86,8 0,3 15 84,4 84,4 0,0 16 83,5 83,6 -0,1 17 82,3 82,8 -0,5 18 81,9 82,2 -0,3 19 83,3 83,2 0,1 20 83,9 83,9 0,0 21 82,6 83,0 -0,4 22 82,2 82,7 -0,5 23 82,3 82,4 -0,1 24 82,7 82,5 0,2 25 84,1 84,3 -0,2 26 85,7 86,0 -0,3 27 85,1 84,9 0,2 28 85,2 85,6 -0,4 29 87,2 87,2 0,0 30 87,2 87,1 0,1 31 89,7 89,6 0,1 32 90,9 91,0 -0,1 33 88,2 88,4 -0,2 34 87,3 87,6 -0,3 35 88,0 88,3 -0,3

36 85,3 85,6 -0,3 37 85,3 84,4 0,9 38 85,5 84,6 0,9 39 85,0 83,2 1,8 40 84,9 83,7 1,2 41 85,9 84,3 1,6 42 84,8 83,1 1,7 43 85,2 83,8 1,4 44 86,3 84,7 1,6 45 85,8 84,5 1,3 46 86,6 86,9 -0,3 47 87,8 87,8 0 48 85,7 85,6 0,1 49 84,0 84,2 -0,2 50 83,1 83,4 -0,3 51 82,8 83,0 -0,2 52 83,5 83,6 -0,1 53 82,5 83,2 -0,7 54 83,1 82,8 0,3 55 84,0 84,0 0 56 85,3 85,0 0,3 57 83,7 83,7 0 58 83,7 83,4 0,3 59 83,9 83,9 0 60 82,4 82,2 0,2

Na tabela é observada uma maior diferença entre os

pontos 37 a 45, acredita-se que isso se deve ao fato dos compressores das UG13 a UG15 estarem em manutenção no dia da coleta dos dados utilizados para estabelecer os parâmetros das fontes que foram utilizadas no processo de simulação.

Para uma melhor visualização da distribuição do ruído de forma que o mesmo possa ser associado com o ambiente físico, foi inserida no mapa acústico a planta física do ambiente. Nesse caso, foi utilizado o software Photoshop CS5 para realizar a montagem dos mapas, que consiste em sobrepor a planta baixa que representa o ambiente físico, no mapa acústico de cores extraído do CadnaSAK.

A figura 12 mostra a sobreposição da planta baixa no mapa acústico do piso de geradores e da galeria de filtros.

Figura 12 - Mapa de ruído do piso de geradores e piso da galeria de filtros

C. Simulação da redução de ruído no setor próximo as UG(s) 01 a 04

Neste tópico é discutida a aplicação da metodologia para a predição de ruído em um setor da Usina. Os dados de medição do ruído no piso da galeria de filtros mostrados no item B., juntamente com os resultados obtidos na simulação foram analisados e foi feito um estudo a respeito da eventual redução de ruído no piso da galeria de filtros, no setor próximo as UG(s) 01 a 04, que se poderia obter a partir da substituição do compressor Cp 01 por outro compressor com menor nível de ruído, neste caso, um compressor com nível de ruído equivalente ao Cp 04.

No processo de simulação e cálculo do mapa acústico do ambiente foram utilizadas as mesmas condições do item B., exceto as características da fonte associadas a Cp 01 que foram substituídas pela características da fonte do Cp 04. A figura mostra uma foto ilustrativa dos dois compressores.

Neste caso, o compressor Cp 01, figura 13(a), referente a UG 01 foi substituído por um compressor com as mesma características (ruído) do compressor Cp 04, figura 13(b), referente a UG 04.

(a)

(b)

Figura 13. Compressores, (a) Cp 01 e (b) Cp 04 Os procedimentos para simulação e predição do ruído no

ambiente foram os mesmos discutidos nos casos anteriores.

A figura 14 mostra o mapa acústico do ambiente no setor próximo as UG(s) 01 a 04, com o compressor “antigo” (Cp 01).

Figura 14. Mapa Acústico da galeria de filtros

Já a figura 15 mostra o mesmo mapa, agora com os dados

do compresso “novo” (Cp 04).

Figura 15. Mapa Acústico da galeria de filtros – Compressor Cp 1

equivalente ao Cp 04.

Na figura 16 são mostrados os gráficos dos valores simulados, dos valores medidos e a diferença entre eles. Os valores medidos e simulados são valores globais de ruídos (nível equivalente) na escala dB(A). Neste caso, a redução do ruído obtida no modelo de predição foi da ordem de 6 dB na região próxima ao Cp1.

Figura 16. Valores simulados e medidos do Nível de Pressão

Sonora ao longo da galeria

D. Discussão Os resultados obtidos mostraram que a metodologia

proposta leva a modelos representativos e adequados para estudar o comportamento e a distribuição do ruído no ambiente, caracterizando uma importante ferramenta para geração de modelos para estudos de simulação e predição dos níveis de ruído (modelos virtuais). A utilização de modelos de predição para avaliar a implementação de possíveis ações para mitigação do efeito do ruído no ambiente foi aplicada na galeria de filtros próximo ao setor da UG.

As principais dificuldades para a elaboração de mapas acústicos representativos ocorreram em função escassez de informações para modelagem deste tipo de ambiente e, principalmente, em função do tamanho, as dimensões e extensões envolvidas na modelagem o que demandou o ajuste e adaptação de vários parâmetros do modelo.

IV. CONCLUSÕES Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de uma

Metodologia para Avaliação e predição dos níveis de ruído no ambiente interno de uma usina hidrelétrica de grande porte, com base em um conjunto ferramentas matemáticas e computacionais que permite simular e predizer o comportamento do ruído e do seu campo de propagação no ambiente.

Os ambientes da usina foram modelados como uma caixa com as dimensões reais do ambiente com as 20 unidades geradoras (UGs) e os respectivos equipamentos e maquinários auxiliares. O modelo foi definido englobando todo o espaço físico do piso dos geradores, galeria de filtros e os diferentes tipos de fontes sonoras presentes.

Os modelos foram elaborados utilizando o software CadnaSAK da Datakustik que utiliza um método híbrido envolvendo o método fonte imagem virtual e traçado dos raios e tem como base as recomendações e padronizações dispostas na norma alemã VDI 3760. A validação dos modelos de simulação foi feita comparando os valores de pressão sonora medidos experimentalmente em um conjunto de pontos no entorno de cada UG com os valores obtidos no modelo de simulação. Posteriormente, foram realizadas outras medições para novos conjuntos de pontos no entorno de três UG(s) distintas e distantes entre si e os resultados foram praticamente os mesmos obtidos na primeira comparação dos modelos.

A confrontação dos modelos e a comparação dos resultados do modelo de simulação com os dados medidos experimentalmente mostraram que o modelo desenvolvido para simular o comportamento do ambiente acústico do piso dos geradores e galeria de filtros da UHE é representativo. O mapa acústico obtido no modelo de simulação, representado por cores, mostra os níveis de ruído e o comportamento do campo de propagação no piso dos geradores e os valores de pressão sonora obtidos apresentaram desvios menores que 1dB quando comparados com os valores medidos experimentalmente. Isso mostra que a metodologia e as ferramentas utilizadas foram adequadas e possibilitam a geração e criação de modelos de predição bastante representativos, abrindo novas opções de estudos que poderiam ser desenvolvidos, por exemplo, visando à implementação de um programa de gerenciamento e gestão do ruído na saúde do trabalhador de usinas hidrelétricas. Isso poderia envolver entre outras ações:

- o desenvolvimento e utilização de modelos virtuais para estudos e avaliações dos possíveis locais sujeitos a níveis excessivos de ruído;

- a simulação dos efeitos devido à implementação de eventuais alterações do ambiente e/ou ações para a redução de ruído no local;

- a elaboração de mapas evidenciando as áreas mais propensas a exposição do trabalhador ao ruído e eventualmente, a definição de mapas de riscos em relação ao ruído. Entretanto, para isso seria necessário observar não só o mapa acústico, mas também o conhecimento das atividades do trabalhador (função), visto que o mesmo não permanece em um único local durante o período de trabalho.

Foi realizada a instalação e treinamento do SGR –

Sistema de Gestão de Ruídos para os colaboradores da CESP, para uso regular com relação a Gestão de Ruídos, sistema este instalado em servidor para uso em intranet e internet, com a possibilidade de realização de carregamento de documentos antigos, atuais e futuros, o que proporcionará aos usuários manter em somente um local, armazenado de forma organizada todo material necessário para as atividades de Gestão de Ruídos, com cadastro de Pessoal, Usinas, Medições, Avaliações, Fornecedores, Estudos, Avaliações Financeiras, etc.

As especificações técnicas do SGR são: Apache Tomcat versão 7.0.32, Java Runtime versão 1.6.0.10, JavaServer Faces 2.0 (JSF 2.0), Primefaces 2.2.1, Hibernate 3.0., e requisitos: Windows XP ou superior, Java Runtime versão 1.6.0.10 ou superior, Oracle 10g ou superior, Apache Tomcat versão 7.0.32 ou superior.

V. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] MACHADO P. A. L. Direito ambiental brasileiro. 11 ed. São Paulo:

Malheiros, 2001. [2] KUTTRUFF, K. H. Room Acoustics. 2nd. Ed. London: Applied

Science Puclishers LTD, 1979. [3] BERANEK, L. Concert and opera halls: how they sound. Woodbury:

Journal Acoustical Society of America 1996 [4] KON, 2001 [5] BONGESTABS, D. H. “Acústica arquitetônica”. Artigo do curso

Arquitetura e Urbanismo da Faculdade Assis Gurgacz, ministrado em 2007

[6] CHRISTENSEN, C. L.” Odeon room acoustics program, version 3.1”. Department of Acoustics Technology, Information Society Technologies, Copenhagen, Denmark, 1998

[7] CHUANG, J.; CHENG, S. “CATT-ACOUSTIC”. The Visual Computer, Gothenburg, v. 11, n. 3. P 156-166, 1995

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[9] ONDET, A. M.; BARBRY, J. L.” Modeling of Sound Propagation in Fitted Workshops Using Ray Tracing”,. J. Acoust. Soc. Am. 85 (2), p.787-796, 1989.

[10] PLEECK, D; DE GEEST, E. “The Practical Application of a Ray Tracing Program in Industrial Noise Control”. Euro Noise, 1995 (1995)

[11] RINDEL, Jens H. “The Use of Computer Modeling in Room Acoustics”. Journal of Vibro engineering, 3 (4), p.41-72, 2000

[12] CARDOSO, S. F. H.” Soluções Numéricas de Controle de Ruído em Usinas Hidrelétricas da CHESF”. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Pará. Belém. PA, 2010.

[13] PIMENTA; SOARES; VARA; AMORIM; SANTOS, “Implantação De Sistema Para A Redução De Ruído Na Fonte, Motores De Grande Potência, Em Atendimento A Nr-15 Na Uhe Engenheiro Sergio Motta (Porto Primavera) – Cesp”, 26º Congresso Brasileiro de Manutenção, Curitiba/PR, 2011

[14] VORLÄNDER, M. “Simulation of the Transient and Steady-State Sound Propagation in Rooms Using a New Combined Ray-Tacing/Image-Source Algorithm”. J. Acoustic. Soc. Am. 86, p.172-178, 19892008).