Comprensione del livello di pressione sonora
Definizione: Che cos'è il livello di pressione sonora?
Livello di pressione sonora (SPL) è la misura logaritmica della pressione acustica relativa a una pressione di riferimento, espressa in decibel (dB). Per i macchinari, l'SPL quantifica l'intensità di emissione acustica, ovvero l'intensità del suono irradiato dall'apparecchiatura, misurata con microfoni o fonometri a distanze specifiche. L'SPL è correlato a vibrazione poiché le superfici vibranti irradiano suono, rendendo le misurazioni acustiche complementari all'analisi delle vibrazioni per la valutazione delle condizioni dei macchinari, in particolare per la diagnosi di problemi aerodinamici, di ingranaggi e cuscinetti che producono firme di rumore tonali o a banda larga caratteristiche.
Sebbene si tratti principalmente di una questione di salute sul lavoro e di ambiente (protezione dell'udito, normative sul rumore), le misurazioni SPL hanno valore diagnostico: i cambiamenti di rumore spesso precedono o accompagnano il degrado meccanico e l'analisi acustica può identificare guasti specifici attraverso modelli di frequenza caratteristici simili agli spettri di vibrazione.
Espressione matematica
Formula
- SPL (dB) = 20 × log₁₀(P / P₀)
- Dove P = pressione sonora misurata (Pa)
- P₀ = pressione di riferimento = 20 µPa (soglia dell'udito umano)
- La scala logaritmica si adatta a un ampio intervallo di pressione
Scala dei decibel
- 0 dB: Soglia di udibilità
- 30-40 dB: Stanza silenziosa
- 60-70 dB: Conversazione normale
- 80-90 dB: Macchinari rumorosi, si consiglia la protezione dell'udito
- 100-110 dB: Macchinari molto rumorosi, protezione acustica richiesta
- 120+ dB: Soglia del dolore, danno uditivo immediato
Misurazione
Misuratori di livello sonoro
- Microfono di precisione
- Ponderazione della frequenza (A, C o Z)
- Ponderazione temporale (veloce, lento, impulsivo)
- Visualizzazione in dB SPL
- Classe 1 (di precisione) o Classe 2 (generale) secondo IEC 61672
Distanza di misurazione
- Campo vicino: < 1 metro dalla sorgente (misurazioni di prossimità)
- Campo lontano: > 1 metro (misurazioni in campo libero)
- Standard: Spesso 1 metro per i macchinari
- Diminuzione del livello di pressione sonora: ~6 dB per raddoppio della distanza (campo libero)
Ponderazione della frequenza
- Ponderazione A: Imita la sensibilità dell'orecchio umano, la più comune
- Ponderazione C: Relativamente piatto, include le basse frequenze
- Z (lineare): Nessuna ponderazione, tutte le frequenze sono uguali
- Unità: dBA, dBC, dBZ (indica la ponderazione utilizzata)
Relazione con la vibrazione
Radiazione sonora da vibrazione
- Le superfici vibranti irradiano onde sonore
- Potenza sonora ∝ velocità² × area (circa)
- Correlazione: vibrazione più elevata in genere → SPL più elevato
- Ma la relazione è complessa (l'efficienza delle radiazioni varia)
Correlazione diagnostica
- Problemi ai cuscinetti: sibilo o macinazione ad alta frequenza
- Problemi agli ingranaggi: lamento caratteristico alla frequenza di maglia
- Sbilanciare: Rombo a bassa frequenza a 1×
- Cavitazione: Scoppiettio o scoppiettio casuale
Analisi dello spettro acustico
Componenti tonali
- Maglia di ingranaggi: Tono puro alla frequenza di innesto dei denti
- Passaggio della lama: Frequenza delle pale del ventilatore o del compressore
- Elettrico: Ronzio a 120/100 Hz dai motori
- Toni di riferimento: Armoniche di frequenza di guasto
rumore a banda larga
- Aerodinamico: Turbolenza, rumore di flusso
- Cavitazione: Crollo casuale della bolla
- Danni ai cuscinetti: Aumento della banda larga con difetti
- Attrito: Emissioni casuali continue
Applicazioni
Monitoraggio delle condizioni
- Misurazioni delle vibrazioni complementari
- Indicazione precoce di difetti dei cuscinetti (il rumore aumenta prima della vibrazione)
- Monitoraggio dell'usura degli ingranaggi (cambiamenti della qualità del rumore)
- Valutazioni qualitative rapide
Controllo di qualità
- Accettazione di nuove apparecchiature (limiti di rumore)
- Verifica post-riparazione
- Qualità del prodotto nella produzione
Conformità normativa
- Esposizione al rumore professionale (OSHA, direttive UE)
- Limiti di rumore della comunità
- Specifiche dell'attrezzatura
- Requisiti di documentazione
Risoluzione dei problemi
- Individuare le fonti di rumore
- Identificare i fattori che contribuiscono al rumore complessivo della struttura
- Convalidare le misure di riduzione del rumore
Livelli tipici di rumore dei macchinari
Per tipo di apparecchiatura
- Motori elettrici: 70-85 dBA
- Pompe centrifughe: 75-90 dBA
- Ventilatori/Soffiatori: 80-100 dBA
- Riduttori: 75-95 dBA
- Compressori: 85-105 dB(A)
- Motori diesel: 95-110 dBA
Il rumore come indicatore diagnostico
Rumore crescente
- Deterioramento dei cuscinetti (stridio, stridio)
- Usura degli ingranaggi (aumenta l'intensità del lamento)
- Problemi di lubrificazione (aumento del rumore di attrito)
- Allentamento (crepitio)
Cambiamento del carattere del rumore
- Nuovi toni appaiono
- spostamenti di frequenza
- rumori intermittenti
- Tutti indicano problemi in via di sviluppo
Standard di misurazione
- IEC 61672: Specifiche dei misuratori di livello sonoro
- ISO 3744: Determinazione della potenza sonora
- ISO 1680: Codice di prova del rumore dei macchinari
- ANSI S12.19: Misurazioni del rumore dei macchinari
Il livello di pressione sonora, sebbene sia principalmente un parametro di valutazione della salute e dell'ambiente, fornisce preziose informazioni diagnostiche correlate alle condizioni meccaniche. Le misurazioni acustiche integrano l'analisi delle vibrazioni, talvolta fornendo indicazioni precoci di degrado di cuscinetti o ingranaggi, e sono essenziali per una valutazione completa dei macchinari, combinando le vibrazioni meccaniche con la radiazione acustica per una valutazione completa dello stato di salute delle apparecchiature.
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