Comprensión del nivel de presión sonora
Nivel de presión sonora (SPL) es la medida logarítmica de la presión acústica con respecto a un valor de referencia, expresada en decibelios (dB). En el caso de la maquinaria, cuantifica la intensidad de la emisión de ruido —el volumen que irradia una máquina— medida con un micrófono o un sonómetro a una distancia determinada. El SPL está estrechamente relacionado con vibración, ya que las superficies que vibran irradian sonido, lo que convierte a la medición acústica en un complemento natural de análisis de vibraciones para evaluar el estado de la máquina, especialmente en lo que respecta a fallos aerodinámicos, de engranajes y de cojinetes que producen señales tonales o de banda ancha características.
Aunque el SPL es principalmente un indicador de salud laboral y medioambiental —protección auditiva, normativas sobre ruido, límites comunitarios—, tiene un valor diagnóstico real. Los cambios en el ruido suelen preceder o acompañar a la degradación mecánica, y un espectro acústico puede identificar fallos específicos a través de patrones de frecuencia que reflejan los observados en una vibración espectro.
1. Las matemáticas: ¿por qué los decibelios?
El SPL se define como:
SPL (dB) = 20 × log₁₀(P / P₀), donde P es la presión acústica medida en pascales y P₀ = 20 µPa, la presión de referencia correspondiente al umbral de audición humana.
El logaritmo existe por una razón práctica: el oído es capaz de percibir un rango enorme de presiones —desde el sonido audible más débil hasta el umbral del dolor, lo que supone una diferencia de presión de aproximadamente un millón de veces—. Una escala logarítmica comprime ese rango en un intervalo manejable de 0 a más de 120 dB. Esto también explica la aritmética que sorprende a los principiantes: dado que la escala es logarítmica, al duplicar el sonido fuerza solo añade 3 dB, y dos máquinas con el mismo volumen juntas suenan 3 dB más alto que una sola, no el doble. La combinación de fuentes es, por lo tanto, una suma logarítmica, que se puede manejar fácilmente con nuestro Calculadora de adición de nivel de ruido o convertir entre presión y decibelios con el Convertidor de nivel de sonido.
A modo de guía orientativa sobre la escala: 0 dB es el umbral de audición; 30-40 dB, una habitación silenciosa; 60-70 dB, una conversación normal; 80-90 dB, maquinaria ruidosa en la que se recomienda el uso de protección auditiva; 100-110 dB, maquinaria muy ruidosa en la que es obligatorio el uso de protección auditiva; y 120 dB y más, el umbral del dolor, con riesgo de daño auditivo inmediato.
2. Cómo se mide el SPL
Sonómetros
- Un micrófono de precisión conectado a un medidor que aplica ponderación de frecuencia y ponderación de tiempo, y muestra el resultado en dB SPL.
- Los instrumentos se clasifican en Clase 1 (precisión) o Clase 2 (uso general) según IEC 61672.
Distancia de medición
- Near field: a menos de 1 m de la fuente, lo que resulta útil para localizar un componente que produce ruido.
- Far field: más allá de 1 m, donde se dan condiciones de campo libre; 1 m es una medida estándar habitual para la maquinaria.
- En campo libre, el nivel de presión sonora (SPL) desciende en aproximadamente 6 dB por cada duplicación de la distancia — la base de la Calculadora de atenuación del ruido con la distancia.
Ponderación de frecuencias
- Ponderación A (dBA): modela la respuesta para imitar la sensibilidad del oído; es, con diferencia, la más habitual para la evaluación del ruido.
- Ponderación C (dBC): relativamente plana, conservando el contenido de baja frecuencia para el ruido de picos y el ruido impulsivo.
- Z / lineal (dBZ): sin ponderación; todas las frecuencias tienen el mismo peso, lo que resulta preferible para el análisis técnico.
3. La relación con la vibración
Radiación acústica procedente de una superficie vibrante
- Una superficie que vibra empuja el aire circundante y emite ondas sonoras.
- La potencia sonora radiada aumenta aproximadamente con velocidad² × área, por lo que una mayor superficie velocidad por lo general, implica un nivel de presión sonora más alto.
- Sin embargo, la relación no es exacta: la eficiencia de radiación varía considerablemente en función de la frecuencia y la geometría del panel, por lo que dos superficies que vibran de la misma manera pueden irradiar de forma muy diferente.
Correlación diagnóstica
- Problemas con los rodamientos: silbidos o chirridos de alta frecuencia.
- Gear problems: un chirrido característico a la frecuencia de engrane.
- Desequilibrar: un rugido de baja frecuencia a 1× velocidad de funcionamiento.
- Cavitación: crujidos o chasquidos aleatorios al colapsar las burbujas de vapor.
4. Análisis del espectro acústico
Al igual que con la vibración, la transformación de la señal sonora en un espectro de frecuencias permite descomponer un ruido complejo en partes diagnosticables.
Componentes tonales
- Engranaje: un tono puro a la frecuencia de contacto de los dientes, a menudo con bandas laterales.
- Blade passing: un tono a la frecuencia de paso de las aspas del ventilador o del compresor.
- Eléctrico: un zumbido de 120/100 Hz procedente de los motores, a una frecuencia doble que la de la red eléctrica.
- Bearing tones: una familia de frecuencia de fallo del rodamiento harmonics.
Ruido de banda ancha
- Aerodinámico: turbulencias y ruido de flujo.
- Cavitación: colapso aleatorio de burbujas en una amplia banda.
- Daños en los cojinetes: un aumento generalizado a medida que las superficies se deterioran.
- Fricción: emisión aleatoria continua.
5. Aplicaciones
La medición del SPL se ha ganado un lugar en cuatro ámbitos prácticos:
- Monitoreo de condición: como complemento de los datos de vibración —el ruido suele ser el primer indicio de un defecto en los cojinetes, ya que puede aumentar antes de que lo hagan las vibraciones de la carcasa— y para controlar el desgaste de los engranajes a través de los cambios en la calidad del ruido.
- Control de calidad: pruebas de aceptación de equipos nuevos para comprobar que cumplen los límites de ruido, verificaciones tras las reparaciones y controles de calidad de los productos durante la fabricación.
- Cumplimiento de la normativa: límites de exposición laboral (OSHA, directivas de la UE), límites de ruido en la comunidad y especificaciones de los equipos, con el apoyo de herramientas de cálculo de la dosis de exposición como la Calculadora de exposición al ruido.
- Solución de problemas: localizar las fuentes de ruido, clasificar los factores que contribuyen al ruido general de las instalaciones y validar la eficacia de las medidas de reducción del ruido.
A modo de referencia general, los niveles típicos ponderados A a 1 m oscilan entre 70 y 85 dBA para los motores eléctricos, entre 75 y 90 dBA para las bombas centrífugas, entre 80 y 100 dBA para los ventiladores y sopladores, entre 75 y 95 dBA para las cajas de engranajes, entre 85 y 105 dBA para los compresores, y entre 95 y 110 dBA para los motores diésel.
6. El ruido como indicador diagnóstico
Hay dos tipos de cambios que hay que tener en cuenta al escuchar una máquina a lo largo del tiempo. A rising level indica un deterioro de los cojinetes (rechinamiento o chirridos), desgaste de los engranajes (un chirrido cada vez más intenso), problemas de lubricación (aumento del ruido por fricción) o flojedad (traqueteo). A cambio de carácter —la aparición de nuevos tonos, los cambios de frecuencia, los ruidos intermitentes o modulados— es igual de importante, ya que indica que se está gestando un problema, aunque la lectura general en dBA apenas haya variado.
Los métodos acústicos tienen sus limitaciones: un medidor de SPL capta everything en la zona, por lo que el ruido de una máquina vecina, los reflejos en las paredes y el ruido de fondo de la planta contaminan la lectura, algo que se evita con un sensor de contacto. Por eso, para confirmar un fallo mecánico y, sobre todo, para solucionarlo, los ingenieros recurren a la medición directa de vibraciones. Cuando un estudio de ruido sugiere un desequilibrio, un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A Se puede confirmar midiendo la amplitud y la fase de 1× en el cojinete y, a continuación, equilibrando el rotor in situ, lo que permite aislar la verdadera fuente mecánica que el micrófono solo podía insinuar.
7. Normas de medición
- IEC 61672: Especificaciones para sonómetros.
- ISO 3744: Cálculo de la potencia acústica a partir de la presión acústica.
- ISO 1680: Código de ensayo de ruido para máquinas eléctricas rotativas.
- ANSI S12.19: medición del ruido de la maquinaria.
Junto con la vibración, el SPL ofrece una visión completa del estado de la máquina: a veces, el micrófono es el primero en dar la señal de alerta, el acelerómetro confirma y concreta, y juntos ofrecen una valoración más completa de la que cualquiera de ellos podría ofrecer por sí solo.
