Diseño de alerta sonora para alarma sísmica de la E..S.I.M.E. ...

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA

DISEÑO DE ALERTA SONORA PARA ALARMA SÍSMICA DE

LA ESIME ZACATENCO

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

PRESENTAN

JULIETA MARTÍNEZ FRANCO

VÍCTOR DANIEL RAMÍREZ GÓMEZ

ASESORES

DRA. ITZALÁ RABADÁN MALDA

M.C. MARCIAL SÁNCHEZ SÁNCHEZ

MÉXICO, D.F. MARZO DE 2015

DEDICATORIA

A todos los seres vivos que hacen algo para que este mundo

sea un lugar mejor.

A la naturaleza y toda la tierra que nos rodea.

A la persona que me impulsa a ser mejor y me guía para

encontrar el camino para trascender en esta vida.

Para Aquel que cambio mi corazón; soberano Dios.

Para mis Padres Martha y Martin.

ÍNDICE

JUSTIFICACIÓN ..................................................................................................... 6

OBJETIVO .............................................................................................................. 7

INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 7

CAPITULO 1: FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE SONORIZACIÓN ..................... 11

Sonido: Concepto y generalidades ............................................................................................... 11 Niveles de presión sonora ............................................................................................................. 12 Velocidad del sonido ..................................................................................................................... 14

Características de las ondas de sonido ........................................................................................ 15 Frecuencia ..................................................................................................................................... 16 Amplitud ......................................................................................................................................... 16

Comportamiento del sonido ........................................................................................................... 16 Propagación del sonido ................................................................................................................. 16 Atenuación del sonido debido a la distancia ................................................................................. 17 Influencia atmosférica en el sonido ............................................................................................... 21 Refracción ..................................................................................................................................... 21 Difracción del sonido ..................................................................................................................... 22 Absorción del sonido. .................................................................................................................... 23 Reflexión del sonido ...................................................................................................................... 24 El enmascaramiento ...................................................................................................................... 26

Las sirenas ....................................................................................................................................... 28 Clasificación de las sirenas ........................................................................................................... 28 Electrónica ..................................................................................................................................... 28 Electro-neumática ......................................................................................................................... 29 Mecánica ....................................................................................................................................... 29 Funcionamiento de una sirena (altavoz) ....................................................................................... 30

Acústica geométrica ....................................................................................................................... 31 Método geométrico ........................................................................................................................ 31

Acústica urbanística ....................................................................................................................... 34

CAPÍTULO 2: ESTUDIO, PLANIFICACIÓN Y DISEÑO DEL SISTEMA DE

ALARMA SÍSMICA DE LA ESIME ZACATENCO. ............................................... 36

Análisis actual del plantel de ESIME Zacatenco .......................................................................... 36 Descripción arquitectónica: ........................................................................................................... 36 Descripción acústica del plantel .................................................................................................... 41

Análisis actual de la sonorización del sistema de alarma sísmica. ........................................... 44 Mediciones de ruido ambiental en el plantel ................................................................................. 45

Diseño de sonorización y distribución de las sirenas acústicas. .............................................. 47 Cálculo de pérdida por distancia. .................................................................................................. 48 Cálculo de potencia nominal: ........................................................................................................ 51 Distribución de las sirenas a lo largo del edificio “Z” ..................................................................... 53 Calculo de longitudes de onda ...................................................................................................... 54 Sonorización frente el edificio “Z” ............................................................................................ 57

Análisis horizontal...................................................................................................................... 57 Análisis vertical .......................................................................................................................... 66

Sonorización tras el edificio “Z” ................................................................................................ 68 Ángulo de inclinación y de dirección. ........................................................................................ 71

Plano oficial de ESIME con diseño de sonorización. .............................................................. 72

Adaptación del diseño al sistema actual. ..................................................................................... 73

COTIZACIÓN ........................................................................................................ 74

CONCLUSIONES: ................................................................................................ 75

REFERENCIAS ..................................................................................................... 76

APÉNDICE ............................................................................................................ 77

1.- Escala de decibeles ................................................................................................................... 77

2.- Estándares para la instalación del sistema de seguridad eléctrico ..................................... 77

3.- Señalización acústica ................................................................................................................ 79

4.- Curvas isofónicas ...................................................................................................................... 81

5.- Plano arquitectónico .................................................................................................................. 83

6.- Breve descripción del “Robot sisVigilante” ............................................................................ 84

7.- Coeficientes de absorción acústica (I) .................................................................................... 85

Diseño de alerta sonora para alarma sísmica de la E..S.I.M.E. Zacatenco

6

Justificación

Existe un problema evidente en el plantel E.S.I.M.E. ZACATENCO: la Sonorización del sistema de la alerta temprana de sismos no es eficiente, es decir, no es posible para todo el personal escuchar la alerta sonora con la que hoy cuenta dicho plantel. Este problema es muy grave dado que involucra vidas humanas, y se vuelve un

asunto de protección civil. Este proyecto además de ser planeado de manera

óptima, está diseñado para resguardar la seguridad de la comunidad que asiste a

este plantel.

Por esta razón es de gran importancia hacer un diseño acústico de forma eficiente que satisfaga las necesidades al respecto. De no hacerlo, ciertos grupos humanos dentro del plantel correrían peligro.

Objetivo

Sonorizar el plantel con un sistema de sirenas acústicas aprovechando la

estructura y distribución arquitectónica del mismo, lo cual permita al personal

asistente ser alertado de un posible sismo y/o algún otro tipo de acontecimiento

que ponga en riesgo al mismo.


7

Introducción

En el desarrollo de este trabajo conoceremos la sonorización actual de la alarma sísmica en la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica y la eficiencia limitada que tiene la misma, asi como también recordaremos conceptos que nos ayudarán a comprender mejor este trabajo.

En la historia de la humanidad, el hombre se ha visto en la necesidad de asumir un estado de alerta ante eventos que pusieran en riesgo su vida y la de su comunidad. Los dispositivos acústicos han sido utilizados para proporcionar alerta

ante situaciones de emergencia durante siglos.

En tiempos antiguos se alertaba al hacer chocar objetos metálicos entre sí, luego se construyeron campanarios, la sirena de Cagniard de la Tour en 1819 (es un aparato que utiliza el aire comprimido con un mecanismo similar a una turbina), usadas también en las locomotoras de vapor, los barcos para hacer señales, en las fábricas para indicar la hora de entrada y salida (Fig. 0.1), en las investigaciones acústicas ya en el siglo 20 comenzaron a aparecer las sirenas mecánicas rotativas, que son usadas en muchos países.

Por lo tanto los sistemas de alarma son elementos de seguridad pasiva. Esto significa que no evitan una situación anormal, pero sí son capaces de advertir de ella, cumpliendo así, la función de evadir posibles problemas. Como, la intrusión de personas, inicio de fuego, el desbordamiento de un tanque, sismo, la presencia de agentes tóxicos y/o cualquier situación que sea anormal para el usuario.

Son capaces de reducir el tiempo para ejecutar las acciones a tomar en función del problema presentado. El desarrollo electrónico ha influido en el desarrollo de las sirenas, las primeras alarmas electrónicas empezaron a aparecer a finales del siglo 20. Las alarmas electrónicas son amplificadores electrónicos de alto desempeño, parecidos a los instalados en sistemas domésticos de sonido. No obstante, estas sirenas trabajan con niveles de salida mayores y consideran exigencias particulares relacionadas con alta fiabilidad y variación en sus métodos de control, requeridos en este tipo de sistemas. La infraestructura de control requiere ser altamente fiable y generalmente se disponen dos canales independientes de comunicación. Las sirenas para estos amplificadores son dispuestos en deflectores de sonido (altavoces) diseñados especialmente, los que emiten señales almacenadas en la memoria digital de la sirena o señales

Figura 0-1

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/14/Siren_(Harper's_Engraving).png

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Cagniard_de_la_Tour&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/1819

http://es.wikipedia.org/wiki/Aire_comprimido

http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina

http://es.wikipedia.org/wiki/Locomotora_de_vapor

http://es.wikipedia.org/wiki/Barco

http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%A1brica

http://es.wikipedia.org/wiki/Seguridad




8

alimentadas desde fuentes: micrófono, teléfono, estación de radio, radio común, radiodifusión televisiva.

Las alarmas, como parte de los organismos que deben responder ante una emergencia, suelen formar parte de un sistema que incluye diversos estados. Un primer estado es el prealerta, que avisa a los responsables del organismo sobre la posible ocurrencia de un desastre. El segundo estado es el alerta, que exige tomar las medidas y las prevenciones necesarias. Finalmente llega la alarma, que es el llamado a la acción.

Y de ahí es importante saber cómo funciona una alarma. Por lo tanto cuando, la alarma comienza a funcionar, o se activa dependiendo del sistema instalado, este puede tomar acciones en forma automática como ya se había mencionado. Si se detecta la intrusión de una persona a un área determinada, mandar un mensaje telefónico a uno o varios números. Si se detecta la presencia de humo, calor o ambos, mandar un mensaje telefónico a uno o varios números o accionar la apertura de rociadores en el techo, para que apaguen el fuego. Si se detecta la presencia de agentes tóxicos en un área, cerrar las puertas para que no se expanda el problema. Si es un sismo, activar la sirena como el sistema más sencillo.

Para esto, la alarma tiene que tener conexiones de entrada, para los distintos tipos de detectores, y conexiones de salida, para activar otros dispositivos que son los que se ocupan de hacer sonar la sirena, abrir los rociadores o cerrar las puertas.

Todos los sistemas de alarmas (ver figura 0.2) tienen conexiones de entrada para los detectores y por lo menos una de salida para la sirena. Si no hay más conexiones de salida, la operación de llamar a un número, abrir el rociador o cerrar las puertas deberá ser realizada en forma manual por un operador, esto es importante, ya que si se llegara a desconectar en este caso un sistema inalámbrico y no hay como activar la alarma esto ocasionaría un desastre, por eso es importante el botón manual en las alarmas.

Figura 0-2 sistema de alarmas


9

Uno de los usos más difundidos de un sistema de alarma es advertir el allanamiento en una vivienda o inmueble. Los equipos de alarma pueden estar conectados con una Central Receptora, también llamada Central de Monitoreo, con el propietario mismo (a través de teléfono o TCP/IP) o bien simplemente cumplir la función disuasoria, activando una sirena que funciona a unos 100 dB (la potencia de la sirena estará regulada por las distintas leyes de seguridad del Estado o región correspondiente).

Para la comunicación con una Central Receptora de Alarmas, se necesita de un medio de comunicación, como pueden serlo: una línea telefónica RTB o una línea GSM, un transmisor por radiofrecuencia llamado Trunking o mediante transmisión TCP/IP que utiliza una conexión de banda ancha ADSL y últimamente servicios de Internet por Cable Modem.

Las alarmas sísmicas.

La posibilidad de reconocer oportunamente el inicio de un sismo cerca del epicentro, la diferente velocidad de propagación de las ondas sísmicas y eléctricas, así como la distancia entre el sitio del epicentro sísmico y el lugar donde se desea prevenir sus efectos, son parámetros básicos y condiciones que hacen posible el desarrollo de un sistema de alerta sísmica, (Cooper, 1868). La eficacia de esta tecnología depende, del resultado de acciones como: Captar el sismo, pronosticar su magnitud, informar oportunamente a la población en riesgo y que ésta responda adecuadamente.

Desde 1984, el Instituto de Ingeniería de la UNAM, con apoyo de instituciones internacionales opera y conserva una red de acelerógrafos en Guerrero que produce información útil para investigar sobre la generación y efectos de sismos fuertes de subducción. El resultado del estudio sismológico de la región entre Acapulco y Zihuatanejo, Gro., muestra que en esa región puede ocurrir un sismo con magnitud entre 7.9 y 8.2 (Anderson, et al, 1989) y se estima que sus posibles efectos podrían superar los que sufrió la Ciudad de México en 1985. Estas investigaciones permiten confirmar la existencia de la “Brecha de Guerrero” y el peligro de que se genere un sismo de gran magnitud. La red de Guerrero permitió el registro del

terremoto M 8.1 de Michoacán. (Fig. 0.3)

Después en 1988 se amplió la Red Telemétrica del SSN, recibiendo apoyo de Petróleos Mexicanos (PEMEX), que facilitó canales de su red de microondas para la transmisión de los datos.

Figura 0-3 Red de acelerógrafos.

http://es.wikipedia.org/wiki/Familia_de_protocolos_de_Internet

http://es.wikipedia.org/wiki/Red_Telef%C3%B3nica_Conmutada

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Global_para_las_Comunicaciones_M%C3%B3viles

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADnea_de_Abonado_Digital_Asim%C3%A9trica

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=CableModem&action=edit&redlink=1

http://www.cires.org.mx/

http://www.cires.mx/



10

A inicios de los años 90's el Departamento de Instrumentación del Instituto de Geofísica, comenzó a desarrollar un sistema de adquisición y procesamiento automático de datos y a instrumentar estaciones telemétricas digitales.

A partir de 1992, con apoyo presupuestal de la Secretaría de Gobernación y de la UNAM, se inició la modernización de la Red Sismológica Nacional con la instalación de equipos de nueva tecnología. Así, nació la red de Observatorio Sismológicos de Banda Ancha. Hoy el SSN cuenta con 22 observatorios sísmicos en todo el país y tiene planeado aumentar la red a 33 observatorios. (14, 15, 16, 17,18, 19). ver (Fig. 0.4).

Figura 0-4 Ejemplo de un proceso de detección de sismos

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/57/SISTEMA_aLERTA.JPG

http://www2.ssn.unam.mx/website/jsp/RSBA.jsp

http://www2.ssn.unam.mx/website/jsp/RSBA.jsp




11

CAPITULO 1: FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE SONORIZACIÓN

Sonido: Concepto y generalidades

El sonido es una alteración de la presión atmosférica producida por la oscilación

de partículas, a través de las cuales se transmite longitudinalmente la onda sonora. Este

fenómeno puede producir una sensación auditiva. (11)

Cuando se habla del sonido, usualmente se pensó en el estímulo que ocurre en

los oídos.

La definición más completa del término de sonido debe considerar tanto el

fenómeno físico como el fenómeno psicoacústico. La diferencia de estos dos, es

que el primero existió únicamente en un evento sonoro y el segundo, se dice que

es un evento auditivo. Por lo tanto existen ambos casos: la onda mecánica que se

propaga por el medio elástico y denso a través de las partículas, y la sensación

auditiva que esta produce.

Es la vibración acústica capaz de producir una sensación audible. (6)

Rango de Frecuencias

El rango de frecuencias que el oído humano puede escuchar va de los 20 Hz

hasta los 20 KHz cubriendo una variedad de 10 octavas.

Por debajo de los 20 Hz, las variaciones de presión son inaudibles, aunque si la

onda que se está manejando tiene una amplitud muy grande, estas variaciones

muestran una sensación en el sentido del tacto. En este rango se considera la

gama de los infrasonidos.

En cuanto a las variaciones de presión superior a los 20 KHz se habla de

ultrasonidos, debido a su alta frecuencia y longitudes de onda corta

correspondiente, estás son inaudibles al oído humano. Una de las aplicaciones de

estas ondas es: producir imágenes de objetos pequeños, por lo que hoy en día

tienen amplio uso en aplicaciones médicas, como herramienta de diagnóstico y en

ciertos tratamientos.

Un dato extra es que la frecuencia del ultrasonido es utilizada en muchos

animales, entre ellos el murciélago; los sensores de ultrasonido de este animal se

encuentran en sus orejas. (13) (Fig. 1.1)


12

Fig. 1. 1

Niveles de presión sonora

Los sonidos presentes en el entorno tienen unos valores de presión sonora que

abarcan desde las diez-milésimas de pascal (ruido de fondo en lugares muy

silenciosos), hasta la decena de pascales, que es la medida utilizada. El oído

humano es capaz de percibir sonidos de tan solo cienmilésimas de Pa de amplitud

de presión sonora, mientras que valores encima de los 100 Pa ya producen dolor y

llegan a dañar tu audición. La percepción humana del sonido no sigue una escala

lineal con la amplitud, se le llama logarítmica; al duplicar progresivamente los

valores de presión sonora de un cierto ruido, el oído responde como si ese ruido

se le fuera sumando la misma cantidad. La utilización de la escala lineal entre los

valores indicados, daría lugar a la utilización de cifras muy grandes, por lo que se

optó a utilizar la escala logarítmica por esta razón. (13) (Fig.1.2).


13

El uso del decibel, está presente al momento del cálculo del nivel de presión

sonora. Esto se debe a que la diferenciación de presiones en el oído es

logarítmico como se había mencionado.

Los niveles de presión sonora se obtienen mediante:

Ecuación 1

Fig. 1. 2 niveles acústicos


14

Donde la P1, es la presión a determinar, y Po es la presión umbral de audición,

situada en 20 micro pascales. En diferentes libros se encontrara que SPL también

se abrevia como Lp. (Tabla 1)

Tabla 1 Presión sonora eficaz.

Velocidad del sonido

La onda sonora requiere de un medio para poder propagarse, sea cual fuera. Por

lo tanto se tiene que la velocidad del sonido depende de estas variables en el

medio que son: temperatura, humedad, densidad y elasticidad.

Es importante situar esta definición en el estudio de la acústica arquitectónica

parte fundamental del trabajo. El sonido viaja por el aire aproximadamente 340

m/s. La cercanía de las partículas de ese medio, que transportan la onda al chocar

unas con otras, facilita la propagación. Entonces se puede decir que en un medio

donde la propagación es más densa, y menos elástica que el aire (propiedades

físicas). Por ejemplo en el acero, se dice que la propagación en este medio será

más rapida.

Conociendo la velocidad de sonido en condiciones ideales y conociendo un rango

de frecuencias, podemos obtener las longitudes de onda que componen a cada

frecuencia en este. Se obtiene mediante:

λ= longitud de onda

Vs= Velocidad del sonido

f= frecuencia


15

En la siguiente tabla 2 se muestra la velocidad que tiene cada uno de los

materiales. (14)

Tabla 2 . Velocidad del sonido para varios materiales

Características de las ondas de sonido

Los sonidos existen en la naturaleza aunque no se perciban, hay sonidos complejos. Se considera al sonido más simple como tono puro. La onda de este sonido puro es conocida como onda senoidal, esta onda tiene diferentes características como la frecuencia, la amplitud, el periodo. (Fig. 1.3)

Fig. 1. 3 Características de una onda senoidal.


16

Frecuencia

La frecuencia de una onda se define como el número de ciclos u oscilaciones que

se repiten en un segundo. Sus unidades son los Hertz (ciclo por segundo). Esta

característica de la onda es lo que se llama en acústica como tono. Una frecuencia

alta equivale a un tono agudo, y viceversa, una frecuencia baja equivale a un tono

grave. (14)

Amplitud

La amplitud de una onda de sonido es el grado de movimiento de las moléculas de

aire en la onda, que corresponde a la intensidad del enrarecimiento y comprensión

que la acompañan. Cuanto mayor es la amplitud de la onda, más intensamente

golpean las moléculas en el tímpano y más fuerte es el sonido percibido. A

continuación se muestran unas imágenes de cómo se define la amplitud mediante

un péndulo y como se ve en un plano xy en el tiempo. (Fig. 1.4)

Fig. 1. 4 Amplitud del sonido

Comportamiento del sonido

Propagación del sonido

La propagación del sonido consiste en que un cuerpo en oscilación de cualquier índole ponga en movimiento a las moléculas de aire (del medio) que lo rodean.

Éstas, a su vez, transmiten ese movimiento a las moléculas vecinas y así sucesivamente. Cada molécula de aire entra en oscilación en torno a su punto de


17

reposo. Es decir, el desplazamiento que sufre cada molécula es pequeño. Pero el movimiento se propaga a través del medio.

Entre la fuente sonora (el cuerpo en oscilación) y el receptor (el ser humano) tenemos entonces una transmisión de energía pero no un traslado de materia. No son las moléculas de aire que rodean al cuerpo en oscilación las que hacen entrar en movimiento al tímpano, sino las que están junto al mismo, que fueron puestas en movimiento a medida que la onda se fue propagando en el medio.

El (pequeño) desplazamiento (oscilatorio) que sufren las distintas moléculas de aire genera zonas en las que hay una mayor concentración de moléculas (mayor densidad), zonas de condensación, y zonas en las que hay una menor concentración de moléculas (menor densidad), zonas de rarefacción. Esas zonas de mayor o menor densidad generan una variación alterna en la presión estática del aire (la presión del aire en ausencia de sonido). Se conoce como presión sonora. (Fig. 1.5)

Atenuación del sonido debido a la distancia

El sonido se atenúa dependiendo de su tipo de propagación: así, si la propagación

del sonido es en forma esférica (fuente sonora puntual), se dice que se da una

atenuación de 6 dB cada vez que se duplica la distancia de alejamiento. Esto se

debe a que, el área de incidencia de sonido crece exponencialmente respecto a su

Fig. 1. 5 Propagación de una onda sonora


18

origen; específicamente, el área que atraviesa el haz del sonido, crece según el

cuadrado de la distancia entre la fuente sonora puntual, y dicha área.

Fig. 1. 6 Fuente puntual

Cuando un sonido es emitido desde una fuente de sonido (fuente puntual) el sonido se esparce sobre el espacio en forma de esfera, por lo que (onda de superficie esférica) el nivel de presión sonora será inversamente proporcional al cuadrado de la distancia como ya se había mencionado. En otras palabras, cada vez que se duplica la distancia el nivel de presión sonora es atenuado 6 dB. (Fig. 1.6) Las variaciones son mostradas en la imagen 1.7, en condiciones en un espacio libre. (3)

Fig. 1. 7 Atenuación del sonido referente a la distancia.


19

Si no existe degradación de la energía acústica la onda esférica disminuye su intensidad con el cuadrado de la distancia, como se menciona anteriormente.

Ecuación 2

La relación de los módulos de las intensidades a distancias y es:

Ecuación 3

Expresando en niveles tendremos:

Ecuación 4

Por lo tanto la variación de nivel de vida exclusivamente la divergencia esférica sigue la ley:

Ecuación 5

De modo que si =

Cada vez que se dobla la distancia hay una perdida 6 dB en el nivel de presión acústica captado, por efecto exclusivo de la divergencia esférica de las ondas.

En la gráfica 1.8 se da la variación del nivel en función de las distancias. (10)


20

Fig. 1. 8 Pérdida de nivel de intensidad entre dos distancias


21

Influencia atmosférica en el sonido

A parte de tomar en cuenta la atenuación a distancia, otro factor importante cuando se requiere que el sonido recorra distancias significativas, se toma en cuenta la pérdida por influencia atmosférica, en este caso la absorción acústica del aire, afectando en mayor grado a la frecuencia. La absorción acústica del aire ocasiona perdida en las frecuencias más altas, si la humedad relativa del aire es más baja, la absorción es mayor.

Tabla 3 Atenuación de la onda por absorción del aire.

Refracción

La refracción es un cambio en la dirección de propagación del sonido debido a un

cambio en la velocidad del sonido (c) del medio de transmisión. Hay dos formas

que una onda sonora se pueda refractar: la primera es que haya un cambio en el

medio como por ejemplo el paso del sonido de una pared y la segunda sucede en

el mismo medio.

Fig. 1. 9 Ejemplo de refracción en el medio.


22

Difracción del sonido

Se refiere a cualquier desviación de la propagación en línea recta, debido a la

presencia de un obstáculo en el medio homogéneo.

Para que un sonido se difracte en un cuerpo, se debe cumplir que la longitud de

onda de dicho sonido debe ser de un valor menor o máximo igual que la

dimensión de dicho cuerpo; caso contrario, si el sonido encuentra en su trayectoria

un cuerpo con dimensiones menores a su longitud de onda, el sonido rodeara

dicho cuerpo, y continuará su trayectoria por detrás. (9)

Fig. 1. 10 Difracción por un orificio

Fig. 1. 11 Difracción en una esquina.


23

Absorción del sonido.

La absorción sonora es la perdida de energía sonora debido a la transmisión

parcial hacia otro medio, o bien debido a la transformación irreversible de parte de

esa energía en calor. Se puede encontrar la absorción de un medio y de un

contorno.

La absorción por contorno es la energía cedida por las ondas sonoras cuando

inciden sobre el contorno del medio, bien por transmisión a otro medio, por

disipación viscosa o por ambos mecanismos. Si la superficie de incidencia es lisa

y rígida, apenas hay poca absorción y la energía sonora incidente es reflejada casi

en su totalidad.

En el extremo opuesto se sitúan los materiales rugosos y blandos. Por una parte la

rugosidad hace que la superficie real de contacto entre aire y el contorno sea

mucho mayor que si se observa con una superficie lisa, con lo que aumenta el

conjunto de partículas de fluido adheridas al contorno. Por otro lado, en superficies

blandas y flexibles, las propias ondas sonoras le forzaran a vibrar, es decir, se

producirá una transmisión de energía sonora del fluido a energía mecánica del

material (Fig 1.12), por eso este tipo de superficies se dice que son muy

absorbentes. (1)

Fig. 1. 12 Análisis en materiales absorbentes


24

Fig. 1. 13 Incidencia de una onda sonora en un contorno

Reflexión del sonido

Cuando una onda sonora incide sobre un contorno, la energía sonora en parte se

refleja, en parte se transmite y en parte se disipa en calor como lo vemos en la

imagen 1.13. Si la absorción y la transmisión son muy pequeñas, quiere decir que

cuando la mayor parte de la energía incidente es reflejada, se dice que la

superficie acústicamente es dura, es el caso de paredes y suelos de edificios,

calles o carreteras. La presión sonora en cualquier punto de la zona de la fuente

emisora se deberá por un lado a la radiación directa desde la fuente y por otra

parte también se deberá al sonido que llega tras reflejarse sobre una o más

superficies. En un recinto cerrado se producen continuas reflexiones entre las

paredes, dando lugar a un campo sonoro difuso. La reflexión no actúa igual sobre

las altas frecuencias que sobre las bajas. Lo que se debe a que la longitud de

onda de las bajas frecuencias es muy grande (pueden alcanzar a los 20 metros)

por lo que son capaces de rodear la mayoría de los obstáculos. (4)

Para los estudios y cálculos de las reflexiones suele utilizarse la teoría geométrica

basada en la propagación del sonido en línea recta(Fig1.14-16). De ahí el

concepto utilizado de rayo sonoro por analogía con el rayo luminoso. Dependiendo

de las características del obstáculo donde se produce la reflexión, el rayo sonoro

puede reflejarse en una sola dirección o en varias direcciones, con lo que el

estudio de su comportamiento se hará más complejo. (2)


25

Fig. 1. 14 Reflexión del sonido en diferentes superficies

Fig. 1. 15 Reflexión del sonido en diferentes tipos de recintos.

Fig. 1. 16 Reflexión del sonido de acuerdo al Angulo de incidencia


26

Cuando una onda acústica encuentra en su propagación una superficie de

separación de dos medios distintos se originan dos nuevas ondas, como una

reflejada, que se propaga en el primer medio y otra transmitida, que se propaga en

el segundo medio. De ellas deducimos que el ángulo de incidencia y reflexión son

iguales, y el de incidencia y refracción

guardan la relación siguiente:

Por lo tanto “s” la superficie de separación de

dos medios con impedancias características

y respectivamente, y siendo “i” la onda

incidente, “r” la reflejada y “t” la transmitida al

medio 2 (ver Fig 1.17), se tiene:

Ahora bien, los puntos de la superficie s, y en particular el punto p, tendrán que

cumplir las condiciones de contorno por ser puntos frontera entre ambos medios.

Expresando la continuidad de las presiones, la presión que el medio 1 ejerce

sobre P tendrá que ser igual a la que ejerce el medio dos y asi: (10)

Ecuación 7

El enmascaramiento El fenómeno del enmascaramiento es una característica psicoacústica del oído humano que se produce cuando un tono de frecuencia cercana a otro de nivel de

Ecuación 6

Fig. 1. 17 Reflexión y transmisión de una onda


27

Fig. 1. 19 Ejemplo de enmascaramiento

intensidad sonora menor no es percibido por el oído humano, ya que es enmascarado por el tono de intensidad superior, como se ve en la siguiente imagen Fig. 1.18. (5)

Fig. 1. 18 Efecto de enmascaramiento

El enmascaramiento de un tono por otro es más destacado cuando los dos tonos

tienen frecuencias próximas, y en general, un tono enmascara señales de

frecuencias superiores a las de él, pero no inferiores. (10)

El sonido es enmascarado por el ruido del

tráiler que va pasando. El oído percibe

entonces un sonido mezclado cuya

inteligibilidad o claridad queda disminuida por

el efecto de enmascaramiento, que es

consecuencia del ruido de fondo perturbador.

En estas condiciones de audición, aparecen

dos necesidades fundamentales: disminuir el

ruido de fondo y amentar el nivel sonoro de la

fuente.

Para enmascarar el ruido de fondo es

necesario tener una presión acústica de 10dB

por encima del ruido ambiental. (7)

En la figura 20 se representa la variación del umbral de audición en presencia de un ruido de frecuencias comprendidas en 891 y 1.122 Hz (tercio de octava) con frecuencia central en 1000 Hz, en función del nivel de ruido. Se comprueba que para ser audibles los sonidos


28

cuya frecuencia se encuentra en la banda del ruido, tienen que tener un nivel no inferior al del ruido disminuido en 4 dB. Fuera de esta banda, el efecto de enmascaramiento se debilita rápidamente, para los sonidos de frecuencia inferior a la frecuencia central de la banda, que para los sonidos de frecuencia superior. (10)

Las sirenas

Definición

La sirena es un instrumento acústico que genera sonidos mediante las interrupciones periódicas de una corriente ya sea de aire, vapor, eléctrica. La sirena emite un sonido usualmente con una frecuencia alta para así dar una señal de alerta a quien la escucha.

Clasificación de las sirenas

Electrónica

La sirena electrónica (Fig.1.21) se compone de una unidad de control que ha

almacenado en el interior de la secuencia de tonos, y uno o dos altavoces

conectados a esta unidad. El uso de sirenas electrónica está muy extendido,

siendo especialmente adecuadas para su funcionamiento continuo, también tienen

un bajo consumo eléctrico y no requieren mantenimiento.

La sirena electrónica de última generación utiliza altavoces muy potentes

(neodimio) que permiten una mayor audibilidad y, por tanto, una mayor eficacia.

Fig. 1. 20 Umbral de audición en presencia de una banda estrecha de ruido, centrada en 1000 Hz

http://es.wikipedia.org/wiki/Neodimio


29

Algunos incluso han llegado a 200 watts de potencia, y se pueden integrar en el

techo del vehículo o en el motor.

Electro-neumática

La sirena electro-neumática (Fig.1.22) tiene dos o más trompetas de membrana,

alimentadas por un compresor equipado con un dispositivo rotativo que gestiona la

secuencia de tonos. Este tipo de sirena requiere mantenimiento periódico, ya que

el compresor requiere ser lubricado con aceite y se debe comprobar el nivel para

evitar un sobrecalentamiento de la unidad. La instalación de estas sirenas se

produce normalmente en el compartimento del motor y la posición de trompetas en

la azotea es común para los vehículos pesados. Las versiones actuales están

equipados con un compresor para servicio continuo, a diferencia de los modelos

más antiguos que tienden a recalentarse después de varios minutos de

funcionamiento ininterrumpido.

Mecánica

La sirena mecánica es un cuerpo único (ver fig. 1.23), que incluye dentro un motor

conectado a un ventilador, que genera un sonido largo y agudo (silbato) que se

Fig. 1. 21 Ejemplo de una sirena electrónica

Fig. 1. 22 Ejemplo de una sirena electroneumatica


30

ajusta de forma automática; a veces también incluye un botón de control manual.

(8)

Fig. 1. 23 Ejemplo de una sirena mecánica

Funcionamiento de una sirena (altavoz)

Altavoz (generación electrodinámica de sonido)

Un altavoz convierte la corriente alterna en sonido. Esto se produce por la interacción entre la corriente y el imán permanente. La bobina se encuentra dentro del campo magnético del imán permanente. Si se hace circular corriente a través de la bobina, ésta es desviada por la fuerza de Lorentz y provoca oscilaciones de la membrana. Esto se produce en un movimiento hacia arriba y hacia abajo por medio de la araña centradora. La araña centra la bobina, asegurando, junto con la acanaladura, que la bobina regrese de nuevo a su posición de reposo. Mediante un dimensionamiento adecuado del tamaño y del material de la membrana así como de diferentes accionamientos (bobina e imán permanente

Fig. 1.24), los altavoces pueden optimizarse para diferentes rangos de frecuencias

Fig. 1. 24 Representación de las partes de un altavoz


31

Acústica geométrica

La utilización de las leyes geométricas que rigen la propagación sonora, puede ser

de gran utilidad en muchas ocasiones por ejemplo, la distribución de recintos, del

campo acústico directo de las primeras reflexiones.

El método geométrico se basa, fundamentalmente, en la propagación rectilínea del

sonido, donde toda onda se propaga por el camino más rápido.

Los rayos sonoros parten de la fuente acústica, portando todos los rayos la misma

energía. Si en el recorrido de un rayo se sitúa un obstáculo, parte de la energía

acústica se refleja como ya se había visto anteriormente.

Si la superficie del obstáculo es lisa, el rayo incidente se refleja en una sola

dirección, (reflexión especular), siguiendo las leyes de Snell. Así, si se tiene una

fuente F, una superficie S y un receptor R, este punto será tal, que el camino total

recorrido por el rayo sea el más rápido (con la constante C, el más corto).

Cualquier punto de la superficie S equidistante de la fuente F y de su imagen F´.

(10)

Método geométrico

El primer método geométrico se basa, en la sustitución de los frentes de onda por

sus direcciones de propagación (ver Fig, 1.25) asimilándolos a rayos sonoros que

emergen de la fuente y se comportan de igual forma que los rayos luminosos:

existe cambio de dirección en el momento de pasar de un medio a otro, curvatura

cuando la propagación se realiza en un medio no homogéneo y reflexión

geométrica sobre los obstáculos.

Fig. 1. 25 Atenuación de la intensidad sonora asociada a un rayo, con la distancia la fuente emisora


32

El vector sonoro tienen su origen en la fuente y en cada punto tienen una

intensidad dada por:

Ecuación 8

En donde W es la potencia de la fuente, e es la intensidad a un metro de la

fuente. Supuesta la fuente omnidireccional, la intensidad disminuye pues, con el

cuadrado de la distancia recorrida. Cada vez que un rayo se refleja transmite parte

de su energía al plano de reflexión, emergiendo con una cierta atenuación debida

a la absorción por el cerramiento.

En el caso de que la fuente no emita por igual en todas direcciones, la expresión

anterior se vería afectada por un factor de direccionalidad para cada dirección, es

decir:

Ecuación 9

En donde Q es el factor de direccionalidad o relación entre la intensidad

propagada en una dirección determinada y la intensidad que sería propagada, en

esa misma dirección, por una fuente omnidireccional de la misma potencia.

Fig. 1. 26 Reflexión sobre una superficie plana


33

Aplicando las leyes de la reflexión se construyen todos los rayos, de tal forma que

todos los reflejados por una superficie plana, parecen provenir de la imagen de la

fuente por ese plano (Fig. 1.26). Esta propiedad da lugar a la división del

tratamiento geométrico en dos métodos distintos: el método de rayos, o el método

de imágenes, que sustituye el efecto de cada superficie plana por la imagen (Fig.

1.27), que de la fuente se obtiene por dicho plano.

Fig. 1. 27 Recorrido de un rayo sonoro

Este método, es más práctico en el caso de cerramientos planos, y considerado

solo pocas reflexiones, ya que al aumentar el número de reflexiones aumenta

considerablemente el número de imágenes(Fig. 1.28), llegándolo a hacer inviable.

(10)

Fig. 1. 28 Imágenes de fuente, en una sala rectangular


34

Acústica urbanística

La acústica urbanística está constituida por el conjunto de técnicas y métodos

cuyo objetivo es crear el ambiente sonoro adecuado, en los diversos espacios

exteriores habitados por el hombre.

Por lo tanto se debe tener en cuenta, como está estructurada la ciudad, el impacto

acústico que, las actividades que en sus distintas zonas se van desarrollando, con

el objetivo de que los niveles de ruido en el exterior sean los adecuados. (10)

Ruido ambiental

Las fuentes de ruido más importantes que afectan a la comunidad son:

Tráfico

Industria y construcción

Servicios

Actividades de recreación

Los medios de transporte son indudablemente el foco de ruido más importante de

aquellos que afectan a la comunidad. Por sus características este tipo de ruido es

fácil de cuantificar. (10)

Atenuación causada por obstáculos naturales

Dentro de los obstáculos naturales se incluyen el terreno y todo tipo de vegetación

capaz de interferir en la propagación del sonido.

En la propagación del sonido, las ondas sonoras sufren reflexiones en el terreno a

lo largo de su recorrido, de ahí la importancia de la naturaleza del mismo. Si el

terreno es compacto la atenuación será prácticamente nula para las distancias

fuente-receptor inferiores a 100 m. Sin embargo, si presenta alguna porosidad o

está recubierto de césped o de algún tipo de vegetación uniforme, la atenuación

puede llegar a ser apreciable, especialmente en frecuencias altas. En la siguiente

tabla (4) se dan algunos valores de la atenuación causada por el terreno cubierto

de distintos tipos de vegetación, para una frecuencia de 1000 Hz.

Cuando el terreno no tiene recubrimiento alguno, la atenuación se produce por

interferencia entre el sonido directo y el reflejado del mismo, a frecuencias bajas

(300-600 Hz) esta atenuación puede alcanzar los 50 dB en puntos situados a

250 m de la fuente.

La atenuación causada por las pantallas vegetales formadas por árboles y

matorrales o arbustos de cierta altura, es bastante pequeña aunque si esta es muy

densas (al menos 100 m de profundidad), pueden alcanzarse atenuaciones

significativas. Esta atenuación puede variar entre 5 dB/100 m para bosques no


35

muy densos de hoja caduca y los 20 dB/100 m para bosques densos de hoja

perenne. (10)

TIPO DE RECUBRIMIENTO ATENUACIÓN dB/100m a 1000Hz

Ninguno 2-5

Hierba escasa 3-6

Arbustos 12-15

Césped tupido 15-20

Tabla 4 Atenuación en diferentes tipos de vegetación


36

CAPÍTULO 2: ESTUDIO, PLANIFICACIÓN Y DISEÑO DEL SISTEMA DE ALARMA SÍSMICA DE LA ESIME ZACATENCO.

Análisis actual del plantel de ESIME Zacatenco

Descripción arquitectónica:

Para el diseño de la sonorización de la alarma sísmica de la E.S.I.M.E. Zacatenco

es necesario conocer el espacio donde se trabajará, es decir, la distribución de los

edificios y la arquitectura que tiene el plantel, pues de ser así, se facilitará la tarea

a la hora de tomar decisiones para una óptima sonorización.

El plantel cuenta con cinco edificios que tienen una distribución paralela entre sí,

cabe decir que en estos edificios se encuentra personal todo el día laboral, de 7

am a 10 pm para, cubrir los turnos vespertinos y matutinos respectivamente.

Cada uno de estos edificios está sostenido por una estructura metálica, siendo

estás el principal sostén de los mismos edificios. En ellos se encuentran oficinas

de gestión escolar, aulas donde se imparten cursos de nivel superior, maestrías y

posgrado. Cada edificio tiene la siguiente distribución: planta baja, primer piso,

segundo piso y tercer piso. Teniendo una altura total de 12.6 m.

Fig. 2. 1 Representación de los edificios de la E.S.I.M.E. ZACATENCO


37

Fig. 2. 2 Representación de los edificios de la E.S.I.M.E. ZACATENCO perspectiva aérea.

Se componen principalmente de aulas, pasillos, escaleras y cubículos para

profesores.

El área total de cada edificio es de 2,191.7449 m2 y un volumen de

27,615.98574 m3.

Fig. 2. 3 Representación de los edificios de la E.S.I.M.E. ZACATENCO perspectiva aun costado.

Las áreas verdes que forman parte del plantel, tienen un área muy significativa,

está conformada por césped y pantallas vegetales (árboles). En estas zonas se


38

encuentran andadores y pórticos que permiten llegar a los accesos de cada

edificio.

Además de los 5 edificios que se describieron anteriormente, la ESIME Zacatenco

cuenta con un edificio llamado “Z”, tiene una singular característica; se encuentra

perfectamente perpendicular a la distribución de los demás, por esta razón, es

fundamental en el diseño de este proyecto; “La sonorización de la alarma sísmica

de la ESIME Zacatenco”. (Como se muestra en la Fig. 2.4)

Fig. 2. 4 Representación de los Edificios 1-5 y el edificio “Z” de E.S.I.M.E. ZACATENCO perspectiva aérea.

Fig. 2. 5 Representación de los edificios 1-5 y el edificio “Z” de la E.S.I.M.E. ZACATENCO perspectiva aérea.


39

El edificio “Z” cuenta con una planta baja, piso 1, piso 2 y piso 3, teniendo la

misma altura que los demás. Principalmente está constituido por: laboratorios

¨ligeros¨, en estos se imparten cursos de las diferentes especialidades de I.C.E.

Fig. 2.6

Tras el edificio “Z” se encuentran los laboratorios “pesados” y las aulas

provisionales, situados paralelamente al edificio, creando entre estos un corredor

como se muestran en las siguientes imágenes. (Fig. 2.6, Fig. 2.7, Fig. 2.8)

Fig. 2.7

Fig. 2. 6 Representación del edificio “Z” de la E.S.I.M.E. ZACATENCO perspectiva aun costado.

Fig. 2. 7 Representación del edificio “Z” y los laboratorios pesados de la E.S.I.M.E. ZACATENCO perspectiva de frente.


40

Fig. 2. 8 Representación del edificio “Z” y los laboratorios pesados de la E.S.I.M.E. ZACATENCO perspectiva aérea.

Fig. 2. 9 Representación del edificio “Z” y los laboratorios pesados de la E.S.I.M.E. ZACATENCO perspectiva aérea- frontal.


41

Descripción acústica del plantel

En esta sección del trabajo, se explica las características acústicas más

importantes en el plantel, al igual que la descripción arquitectónica, ayudara a

comprender el comportamiento que tienen las ondas sonoras en este espacio.

Existen ventajas y desventajas en la propagación del sonido debido a la

arquitectura propia por tratarse de una alarma sonora, donde el principal objetivo

es hacer llegar un estado de alerta a todos los individuos que se encuentran en

horario laboral.

Un obstáculo significativo que encontramos en el espacio que se tiene que

sonorizar fue; la cantidad de árboles que se encuentran en todo el plantel. Las

ondas propagadas por una fuente sonora son amortiguadas por las hojas de

estos, y se pretende hacer llegar la máxima energía emitida por las sirenas al

personal que se encuentra laborando en sus zonas correspondientes de trabajo.

Fig. 2. 10 Representación de las pantallas vegetales de la E.S.I.M.E. ZACATENCO perspectiva de aérea-frontal.


42

Al igual que los árboles, las áreas verdes (césped), como ya se mencionó

anteriormente, tienen una área significativa en el plantel y es perjudicial para la

reflexión de ondas, pues su coeficiente de absorción (ver apéndice) indica que

parte de la energía que incide en él ya no es reflejada sino transformada a otro

tipo de energía no acústica.

Otro punto de interés en este proyecto e importante en análisis es; el de las

ventanas (vidrio de 6 mm). Pues la mayor cantidad de personal laborando se

encuentra dentro de las aulas de cada edificio donde se encuentran estas

ventanas. Aunque el vidrio atenúa el sonido no significativamente.

Algunas de las ventajas acústicas, son las siguientes:

La pared de todos los edificios que se encuentran perpendicular al edificio “Z”,

son de ladrillo rojo y barnizado, el cual tiene la capacidad de reflejar bastante la

Fig. 2. 11 Representación de la vegetación que se encuentra en la E.S.I.M.E. ZACATENCO edificio 2.


43

energía, pues su coeficiente de absorción es muy bajo (ver apéndice), por lo tanto

se reflejará el sonido, como se explicará más adelante en el subtema

¨Sonorización frente el edificio Z¨.

Fig. 2. 12 Representación de las paredes de los edificios que se encuentran perpendicularmente al edificio “Z” en la E.S.I.M.E. ZACATENCO.

El pavimento que se encuentra a lo largo de todos los corredores y las zonas que

albergan a las cafeterías entre cada edificio, son capaces de reflejar igualmente

una cantidad considerable de energía que incide en él.

Fig. 2. 13 Representación de los vidrios que componen los edificios que se encuentran en la E.S.I.M.E. ZACATENCO.

El vidrio que compone las ventanas de la mayoría de las aulas, permite pasar la

energía de las ondas sonoras incidentes y la otra es reflejada, por esta razón se

considera que es posible sonorizar desde una fuente externa al salón de clases.


44

Análisis actual de la sonorización del sistema de alarma sísmica.

Hoy en día la E.S.I.M.E. Zacatenco cuenta con un detector de sismos, la

descripción del software que controla este sistema se encuentra en el apéndice 6,

pero cabe decir que este diseño NO pretende mejorar el sistema de detección

temprana de sismos, pues se cree que es eficiente, sin embargo la sonorización

de este sistema es la que no es deficiente.

A grandes rasgos, una señal que viene desde el geófono activa una secuencia

sonora que es amplificada por un sistema de audio y es emitido desde dos

altavoces colocados como se muestra en la figura 2.14.

Fig. 2. 14 Representación de los altavoces del sistema de alarma de sismo que se encuentran en la E.S.I.M.E. ZACATENCO.

La alerta sonora que se encuentra no es percibida por el personal, pues como se

muestra en el plano arquitectónico del plantel, su ubicación hace que la mayor

parte del sonido sea dirigido hacia amortiguadores acústicos (arboles). Además

que tiene una altura no favorable para una óptima sonorización.


45

Fig. 2. 15 Localización de los altavoces del sistema de alarma sísmica que se encuentran en la ESIME ZACATENCO en perspectiva aérea.

Mediciones de ruido ambiental en el plantel

Para el diseño del proyecto, se tiene que conocer el nivel de ruido ambiente que

se encuentra en el mismo, para este caso, se consideran los lugares más

alejados al edificio “Z”, en la azotea se colocan las sirenas acústicas, en el

subtema de ¨sonorización del edificio “Z” se explica el ¿por qué?. Además serán

de interés los lugares que se encuentran con más obstáculos para que tengan una

radiación directa de las sirenas.

El lugar de interés es el andador junto al estacionamiento, siendo el más alejado

linealmente al edificio “Z” (172.10 m. ver plano arquitectónico apéndice 5 ) y a su

paso se encuentran árboles, por esta razón es el caso crítico donde se tiene que

superar el ruido por más de 10 dB para ser percibido sin ser enmascarado por el

mismo ruido ambiental.

El nivel de presión acústica promedio en este lugar(fig. 2.18) es de 65 dB A, para

el diseño se tendrá que calcular que la radiación por las sirenas llegue al menos

con un nivel de presión acústica de 75 dB A.


46

Fig. 2.17

En la fig. 2.17 y 2.16 se observa el ruido que se percibe en este espacio, las

componentes de baja frecuencia son las que más energía contienen.

Sin embargo según las curvas isofónicas, la máxima sensibilidad que tiene el oído

está alrededor de los 1000 Hz (ver apéndice n.4) por esta razón será de interés las

frecuencias cercanas a está para el diseño, también el comportamiento que tiene

el sonido en mencionado intervalo, se puede tratar como rayos “ópticos” por tener

una longitud de onda pequeña y ayudará al estudio de reflexiones.

Fig. 2. 16 Espectograma scroll con software SpectroGram 5.0 Free

Fig. 2. 17 Vista "Barras" Espectograma


47

Fig. 2. 18 Localización de mediciones

Diseño de sonorización y distribución de las sirenas acústicas.

Considerando el análisis actual del plantel y las condiciones críticas que se debe

superar, se enlistan las condiciones a cumplir en el diseño de este proyecto:

Sonorizar terreno con una superficie de 76,188.0603 m2.

o Áreas verdes

o Andadores

o Edificios 1-5

o Edificio z

o Laboratorios Pesados y aulas “provisionales”.

Altura de planta baja hasta tercer piso, 12.6 m.

Superar el ruido ambiental en la zona más alejada a las fuentes

sonoras.

Colocación de fuentes sonoras (sirenas) en puntos estratégicos con

la menor cantidad de amortiguadores acústicos.

Establecidas estas condiciones se propuso que “n” número de sirenas sean

colocadas en la azotea del edificio “Z” con una dirección radiante hacia el andador

cercano al estacionamiento, por las siguientes dos razones:

1.- Evitar al máximo el choque con pantallas vegetales (árboles).


48

2.- Siendo las sirenas una fuente direccional y teniendo un ángulo de

cobertura, se pretende provocar que parte de las ondas emitidas sean

reflejadas en las paredes de cada edificio (2, 3, 4) para así alimentar

acústicamente al edificio “Z” por reflexiones en las mismas. (Ley de Snell)

Cálculo de pérdida por distancia.

Para evitar un enmascaramiento en la zona más alejada de la fuente, se necesita

considerar el nivel de presión acústica a un metro de distancia y calcular la

potencia con la que funcionaran las fuentes, para así, poder aplicar la Ley

cuadrática inversa y analizar la pérdida por distancia.

En este caso se hará de la siguiente manera:

Si se quiere llegar a una distancia “X” con un nivel de presión acústica “Y” se sabe

por esta ley que en X/2 habrá Y+6dB, en este caso se conoce la distancia y el

nivel con el que se quiere llegar, 10 dB por arriba del ruido ambiental de 65 dB A,

esto es: 75 dB A.

La distancia máxima se calcula por el teorema de Pitágoras, esta distancia será la

hipotenusa de un triángulo rectángulo, teniendo como catetos la altura del edificio

y la distancia desde el piso del edificio “Z” hasta el andador del estacionamiento,

ambas conocidas D1= 12.6m y D2=172.10 m. (Ver fig 2.19)

Fig. 2. 19 Calculando distancia efectiva "X".

Entonces (D3)2=(D1)2+(D2)2

Luego: D3=√

D3=√


49

D3=√ = 172.5606 m

Fig. 2. 20 Distancia efectiva en plano 3D

Conociendo la distancia y el nivel de presión acústica deseado se puede estimar a

que potencia y nivel debería tener la sirena a un metro de distancia.

Distancia dB

172.56 m 75 dbA

86.28 m 81 dbA

43.14 m 87 dbA

21.57 m 93 dbA

10.78 m 99 dbA

5.392 m 105 dbA

2.696 m 111 dbA

1.348 m 117 dbA

Tabla 2. 1 Ley cuadratica inversa

De la tabla 2.1 se deduce que: para alcanzar un nivel de 75 dB a 172.56 m de

distancia, se necesitan al menos 117 dB a 1.348 m de la sirena.

De otra manera, sabiendo que:

NPAatenuado= nivel de presión acústica atenuado

NPAAtenuado=20 log (

)

Donde


50

= distancia tomada como referencia (como característica de sensibilidad es a 1

m).

= distancia a la que se desea observar la cantidad de atenuación en dB.

Entonces el nivel de presión acústica a 1 metro teniendo en cuenta la perdida por

distancia es:

1.- Calculando la caída en dB a 172.5606

NPSAtenuado= 20 log (

)= 44.73 dB

2.-Ahora, se necesita superar el ruido por 10 dB arriba de 65 dB (esto es 75 dB)

entonces:

NPS= 75 dB + (44.73 dB)

Siendo esto último lo que se atenuará a lo largo de la trayectoria que recorrerán

las ondas sonoras.

Será:

SPL= 119.73 dB a 1 metro de la sirena.

Una característica fundamental de la sirena a proponer es aplicando una potencia

P, pueda generar este nivel de presión acústica a 1 m.

Existen diferentes tipos y clases de sirenas, para este proyecto se propone la

siguiente con estas características:

Sirena Syscom SR581-L Sensibilidad: 105 dB a 1W, 1 metro en el eje axial.

Angulo de cobertura vertical 60º Angulo de cobertura horizontal 110º Dos tonos (secuenciales) Vcc 12 V

Fig. 2. 21 Sirena Syscom SR581-L


51

Calculo de potencia nominal:

Ahora se necesita saber que potencia se debe suministrar a la sirena para obtener

119.73 dB a 1 metro.

En la siguiente tabla se muestra la relación entre decibeles y potencia eléctrica:

Como se observa, cada que se duplica la potencia eléctrica existe una diferencia

de 3 decibeles.

En particular, conociendo la sensibilidad de la sirena y el nivel que se desea emitir

desde la misma, obtenemos una diferencia de 14.73 dB, esto es:

119.73 dB -105 dB= 14.73 dB

Tabla 2. 2 Relación de potencia y nivel de presión acustica (THE RELATION BETWEEN DECIBELS AND POWER)


52

La siguiente tabla (2.3) muestra solo el aumento de potencia con su respectiva

relación en dB cada que esta se duplica.

Potencia dB

1 0

2 3

4 6

8 9

16 12

32 15

64 18

128 21

256 24 Tabla 2. 3 Duplicando la potencia.

Fig. 2. 22 Grafica de tabla 2.3

Si bien, de la tabla y grafica anterior no se puede observar directamente el valor

correspondiente de potencia para 14.73 dB, se puede estimar sabiendo su

localización entre 28 y 32 W.

El adaptador SYSCOM RT-1230L cumple con este requisito. Sus características

son las siguientes: entrada127 Vca, 30W de salida a 12V, 2.5 A

dB

Potencia electrica

1

2

4

8

16

32

64

128


53

Distribución de las sirenas a lo largo del edificio “Z”

Para la distribución de las sirenas y la cantidad de las mismas, se necesita

conocer el área que cada sirena logra cubrir con un nivel de presión acústica

mínimo de 75 dB en su eje axial.

Para determinar el área que cubre cada sirena se calculó, las áreas sectoriales de

circunferencias al ángulo de cobertura por las especificaciones de la sirena.

Fórmula para el cálculo de area sectorial:

Donde:

= area sectorial.

= Radio.

α= Angulo de cobertura.

Para cada sirena su área de cobertura horizontal en espacio libre es:

Nota: El ángulo de cobertura, como se conoce, estará delimitado por el haz que se

forma sobre el eje axial como se muestra en la fig. 2.22.

Donde “A” y “B” son limites críticos, teniendo una atenuación de 6 dB respecto del

eje directo, es decir, en este caso, las sirenas estarán emitiendo una secuencia a

119.73 dB a un metro sobre el eje; por lo que “A” y “B” serán los límites con

113.73 dB respectivamente.

A

B Fig. 2. 23 Angulo horizontal.


54

Por otro lado, el eje vertical tiene las mismas características y limites, los cuales se

llaman A’ y B’.

Como se puede comprender las sirenas pueden cubrir una extensión del terreno

en el plantel, no obstante se diseña la siguiente sección con análisis de acústica

geométrica.

Se secciona el diseño en las dos partes siguientes:

Sonorización frente el edificio “Z”

Sonorización tras el edificio “Z”

Y a su vez se subdividirá en análisis vertical y horizontal respectivamente. La aplicación de la acústica geométrica ayudará a comprender las diferentes

reflexiones que tendrá cada patrón de radiación de las sirenas. Sin embargo se

debe conocer si esta herramienta se puede aplicar a este caso según la teoría

consultada, la longitud de onda emitida por el radiador acústico debe ser muy

pequeña para que pueda ser tratada como rayo óptico y así aplicar la ley de

reflexión en superficies duras.

Calculo de longitudes de onda

La sirena Syscom SR581-L tiene dos posibles tonos, uno se encuentra por arriba

de 2000 Hz y el otro es una secuencia que va desde los 980 Hz hasta los 1700

Hz.

A’

B’Fig. 2. 24 Angulo vertical


55

Fig. 2. 25 Análisis con software SpectroGram de Tono

Fig. 2. 26 Análisis con SpectroGram de Tono 2


56

El tono 1 se utilizará para otro fin de emergencia, para este proyecto el tono dos

será de interés, pues es considerada esta secuencia como alerta temprana de

sismos en la región.

Ahora bien, si sabemos que:

Donde c es la velocidad del sonido en el aire estándar (340 m/s), la longitud de

onda y la frecuencia , podremos despejar a para saber la longitud de onda en

metros.

Como se trata de una secuencia, las longitudes de onda varían en el tiempo

comportándose como un barrido de frecuencias secuencial (ver imagen) por lo que

se calculara la máxima y mínima longitud de onda.

Para máxima longitud:

Para la mínima longitud:


57

Teniendo en cuenta las dimensiones de los muros donde se pretende que se

reflejen parte de las ondas acústicas, se considera que es posible utilizar acústica

geométrica.

Sonorización frente el edificio “Z”

Análisis horizontal

Observando el área que se quiere sonorizar y recordando el área que puede cubrir

una sirena, proponemos que 3 sirenas se encarguen de sonorizar esta zona,

además considerando que 4 de las 5 paredes de los edificios servirán de

reflectores hacia el edificio “Z”.

Las tres sirenas serán colocadas a modo que su eje de radiación forme un ángulo

recto con la dirección del edificio “Z” (ver fig. 2.27)

Fig. 2. 27 Referencia en EZ lado Sur

Se toma como referencia 0 m en el comienzo del edificio “Z” lado sur para

identificar la posición exacta de cada sirena. (Ver figura 2.27) Para ocupar

óptimamente las paredes de los edificios 2,3,4 y 5 es necesario que entre cada


58

edificio se coloque una sirena, esto es, considerando que parte de la energía

emitida por las mismas debe reflejarse.

Posicionamiento de sirena 1

Conociendo el ángulo de cobertura y aprovechando este para radiar la mayor área

posible, se coloca la fuente emisora en 49.8m, quedando de la siguiente manera:

Fig. 2. 28 Localización y radiación acústica de sirena 1.

Para hacer el análisis de reflexión al edificio “Z”, se ocupan algunas herramientas

trigonométricas, para calcular el ángulo de incidencia y reflexión.

La distancia que hay desde el edificio “Z” a cualquier edificio es de 38.437m y el

ancho de cada edificio (E1-E5) es de 10.32m (Ver fig. 2.29), entonces:


59

Fig. 2. 29 Ángulos de incidencia y reflexión

Siendo paralelas las dos paredes de los edificios se observa que se forman dos

triángulos rectángulos. Se conoce la magnitud de los catetos por lo cual se puede

utilizar la razón tangente para calcular los ángulos de incidencia.

Entonces:

23.30º

Para restaría cambiar la magnitud del cateto opuesto quedando:


60

( )

34.966º

Para el muro de lado derecho (edificio2 ver Fig 2.30) se calcula de la misma

manera y se obtienen los ángulos:

Fig. 2. 30 reflexiones en edificios 1 y 2

α3=tan-1

=47.53º

α4=tan-1

=53.69º


61

El análisis horizontal para la sirena 1 quedaría de la siguiente manera:

Para calcular el nivel de presión acústica con que llegan las reflexiones al edificio

Z se hace de la siguiente manera:

Como se puede observar, existe un inicio de reflexión y un final, se reporta solo los

extremos (finales) siendo el caso más crítico con más distancia hacia la fuente y

por lo tanto con más pérdida por distancia(ver Fig. 2.32).

Como se vio al inicio del capítulo 2, la distancia fue calculada por teorema de

Pitágoras, nuevamente se aplica esta herramienta ajustándola al caso.

Conociendo la distancia del edificio “z” a los edificios E1-E5 y su posición en el

mismo edificio no queda más que calcular el valor de una hipotenusa donde ahora

se agrega un factor de dos por la siguiente razón:

Fig. 2. 31 Simulación de reflexiones


62

Fig. 2. 32 Reflexiones al edificio “Z”

La suma de D1 más D2 será la distancia que recorrerá el sonido antes de llegar al

edificio “Z”. Se tiene ahora dos triángulos rectángulos con los mismos parámetros,

entonces para la primera sirena es:

√

Por lo tanto la distancia total será dos veces

√

129.842m

Para la reflexión del lado izquierdo se sigue el mismo algoritmo esperando como

resultado:

= 93.78m


63

Recordando la pérdida por distancia en la ecuación número 5 y aplicándolas a

estas distancias:

La atenuación por distancia con estas longitudes de trayectoria es de 42.26 dB y

39.44 dB respectivamente. Si se analiza el caso extremo donde el limite critico de

la sirena con 113.73 dB sea el que se esté reflejando, el nivel de presión acústica

emitido al edificio seria de 71.47 dB y 74.29 dB, no obstante cabe resaltar que es

un caso critico donde la distancia es máxima y límite del patrón de radiación

horizontal.

Para el análisis de las sirenas dos y tres que restan para sonorizar la parte frontal

al edificio “Z”, se hace el mismo procedimiento de cálculo y diseño:

Posición en el edificio “Z”.

Ángulos de reflexión y paredes en que se refleja.

Nivel de presión acústica reflejado.

Posición de sirena 2:

Fig. 2. 33 Posicion de sirena 2


64

Ángulos de reflexión:

α1= 48º

α2= 40.10º

α3= 35.74º

α4= 44.68º

Distancias máximas y atenuación por trayectoria:

DtI=114.88 m Atenuación: 41.2 dB

DtD=108.08 m Atenuación: 40.67 dB

Nivel de presión acústica critico reflejado:

Izquierdo: 72.53 dB

Derecho: 73.06 dB

Posición de Sirena 3:

Fig. 2. 34 Posición de sirena 3


65

Ángulos de reflexión:

α1= 48.358º

α2= 40.54º

α3= 38.184º

α4= 46.53º

Distancias máximas y atenuación por trayectoria:

DtI=115.69m Atenuación: 41.26 dB

DtD=111.744m Atenuación: 40.96 dB

Nivel de presión acústica critico reflejado:

Izquierdo: 72.47 dB

Derecho: 72.76 db

Fig. 2. 35 Conjunto de sirenas para sonorizar frente a edificio “z”


66

Análisis vertical

El análisis vertical llevara a calcular el ángulo de posición en las sirenas

apuntando desde la azotea del edificio “Z” hacia el andador junto al

estacionamiento de cada edificio respectivamente.

A diferencia del apartado anterior, solo se hará un análisis para las 3 sirenas que

sonorizaran esta sección, pues la altura, ángulo de posición y distancia a los

edificios E1-E5 es equivalente.

Por medio de la identidad trigonométrica coseno se puede calcular el ángulo, esto

es:

cos =

Donde es el ángulo que se desea conocer, “D” será la distancia desde la azotea

al andador y “A” la altura del edificio “Z”.

º

Fig. 2. 36 Angulo vertical para la sirena


67

De otra manera se puede decir que las sirenas estaran apuntando con una

pendiente negativa de - 4º1`14.04º o bien, 85.81°.

Tomando en cuenta que el ángulo de cobertura de la sirena es de 60º vertical, se

tiene lo siguiente:

Fig. 2. 37 proyección vertical

Fig. 2. 38 simulación de reflexión vertical

Para calcular los ángulos de emisión y reflexión se ocupa, al igual que en el

análisis horizontal identidades trigonométricas (ver Fig. 2.39). Se analiza la

proyección del eje axial (vertical) y sus dos límites críticos de la sirena.


68

El límite crítico vertical se sitúa 30º por debajo del eje axial por tener un ángulo de

cobertura de 60º es decir, 30 º por arriba y 30º en sentido opuesto. Si el eje está

dirigido con una dirección de 85.81º el límite inferior vertical será de -34.19º.

Por tener la misma altura los edificios, las reflexiones comenzaran a ser emitidas

desde los 90º (4.19º arriba del eje axial) hasta el límite critico inferior.

Fig. 2. 39 análisis de reflexión en la cobertura vertical

Calculando el cateto opuesto al ángulo de 34.19º por identidad de coseno y seno:

El ancho de haz es 2 veces el cateto opuesto.

Por el análisis anterior se deduce que es suficiente el ángulo de cobertura vertical

pues la altura máxima de los edificios es de 12.6m.

Sonorización tras el edificio “Z”

Como se observa, tras el edificio “z” se encuentran las aulas provisionales y

laboratorios pesados (ver Fig. 2.40 y2. 41). Sonorizar esta zona es posible con


69

una sola sirena, considerando la distancia desde el inicio del edificio hasta la

última aula provisional que pertenece a la ESIME.

La radiación acústica para este espacio será directa hacia las aulas provisionales

y a los laboratorios pesados, se calcula solo la perdida por distancia al punto mas

alejado y propondremos la altura de 3.26m (nivel del piso en primer nivel) para así,

provocar reflexiones hacia el mismo desde paredes.

Fig. 2. 40 vista traz el edificio "z"

Fig. 2. 41 vista 2 tras edificio "z"


70

Fig. 2. 42 proyección de rayos acústicos, sirena 4

El eje axial, estará apuntando hacia la parte mas alejada a sonorizar(Fig. 2.43). La

potencia será de la misma magnitud que las demás

NPAAtenuado= 20 log (

)= 44.73 dB

Considerando que esta misma sirena utilice el adaptador SYSCOM RT-1230L

para suministrar una potencia de 30 W, el nivel de presión acústica será de 119.77

dB a un metro de distancia.

Fig. 2. 43 Distancia más alejada a sonorizar.


71

Dmax=√

Dmax= 172.1308m

El nivel de atenuación hasta el punto mas alejado es de:

NPAAtenuado= 20 log (

)= 44.71 dB

El nivel de presión acústica será de:

NPAmin=75.05 dB

Ángulo de inclinación y de dirección.

Fig. 2. 44 Dirección de sirena 4

º


72

Plano oficial de ESIME con diseño de sonorización.

Fig. 2. 45 Plano Oficial ESIME Zac. con diseño de sonorización


73

Adaptación del diseño al sistema actual.

La señal que activa la alerta sonora, llega a la unidad “Isla” en el plantel mediante

una conexión Ethernet. Esta señal será repetida por medio de una interfaz

inalámbrica (emisor) y la misma será recibida en el edificio “z” por un receptor.

El siguiente diagrama muestra el proceso:

GEOFONO

INTERFAZ

ETHERNET PC

TERMINAL PC

AMPLIFICADOR

SISTEMA DE

ALTAVOCES

ACTUAL

ADAPTADOR

INALAMBRICO

(EMISOR) MODULADOR

(RECFEPTOR)

CONTROL DE

SWITCH

CONEXIÓN A CABLE

TETRAFILAR

SISTEMA DE

SIRENAS


74

Cotización

CANTIDAD DESCRIPCIÓN PRECIO Subtotal

400m

2 rollos de CABLE DE 4 HILOS

SYSCOM tetrafilar (305m) $450 $900

4

Sirena 2 Tonos de 30 W.

[SYSCOM] SR581L $150 $600

6

Caja de tornillos para madera

marca: Wood madera con 75

piezas 10x 1-1/4 / M 4.8x31.7 $70 $420

4

Transformadores con adaptador

de corriente para alarma de 30

watts , 12volts $120 $480

4

Gabinetes de exterior para

sirena SR581L $150 $600

134

Tubos de PVC con 3 m de largo

cada uno. De ½ pulgada $23 $3082

400 Abrazaderas ¾ de uña $1.50 $600

150 Coples de ½ para tubo PVC $3 $450

25 Codos de ½ para tubo PVC $3 $75

8 Coples en T para tubo de PVC $3.50 $28

8

Pegamentos p / PVC dorado

Claro hasta 2 pulg. Marca:

Oatey Cantidad: 946ml $160 $1280

5

Bolsa de Taquetes 100 piezas

¼ $10 $50

29-Junio-13 Pesos $ 8565

+ 2 HONORARIOS DE DISEÑO 15000 30,000


75

Conclusiones

Analizando la problemática planteada en la justificación y a lo largo de

este trabajo, interpretamos nuestros resultados como certeros y

efectivos.

Las condiciones a cumplir fueron desarrolladas y finalizadas de

manera eficiente, es decir, la planeación y toma de decisiones que se

tomaron en el transcurso del proyecto, tienen una justificación y

respaldo por el mismo trabajo.

En cuanto a la sonorización en particular, se logró cubrir el área donde

se encuentra personal laborando.

El análisis que se realizó mediante acústica geométrica, facilito la

detección de posibles problemas a la hora de diseñar, así como

también, facilitó la comprensión del alcance que tiene esta

sonorización.

Se cumplió con el objetivo de implementar al sistema de detección

temprana de sismos una sonorización óptima que garantiza al

personal ser alertado en la ESIME Zacatenco ante un estado de

emergencia.

Cabe mencionar que el trabajo realizado fue eficiente por no

demandar una modificación en Hardware y/o software que compone al

sistema, lo cual facilita la innovación del mismo.

Por la parte de cotización es muy económico, pues siempre se tomó

en cuenta la optimización de recursos, sin dejar a lado la calidad. Por

lo anterior es factible para la Institución realizar esta importante

inversión.


76

Referencias

NMX-I-041-1972 (6) ACÚSTICA: la ciencia del sonido Autor: Ana María Jaramill Editorial: Textos Académicos 1ra Edición: Septiembre 2007 ´pags- 20-21 (6) http://es.scribd.com/doc/245590/Definicion-de-sonido (11) Fundamentos de Física Volumen 2 Autor: Raymond Sarway Editorial: Thomson pags.173, 174 (14) Acústica ambiental Autor: Jorge Luis Parrondo Gayo Editorial: Ediuno pags. 11, 12, 13 pag,s 41,42, 43 ( 1) Instalaciones de megafonía y sonorización Autor: Juan Manuel Millán Esteller Editorial: Paraninfo pags. 20, 21 (5) Introducción a la acústica Autor: Carlos U. Savioli Editorial: Alsin, Argentina 2003 pags. 27, 28, 29 (9) Acústica Arquitectónica y Urbanística, Autor: Sancho Vendrell, Francisco Javier, 1ra Edición, Editorial: Limusa pags. 115, 116. 95-102 (10) http://www.postgradoeinvestigacion.uadec.mx/CienciaCierta/CC27/9.html (12) http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/206/1/CD-0614.pdf (13) http://www.ieesa.com/universidades/tesis01/capt4b.pdf http://www.eumus.edu.uy/docentes/maggiolo/acuapu/prp.html http://sicaweb.cedex.es/docs/documentos/Conceptos-Basicos-del-ruido-ambiental.pdf (2) http://platea.pntic.mec.es/~lmarti2/SONIDO%20_STI_.pdf (3) (7) Wikipedia. http://es.wikipedia.org/wiki/Sirena_(instrumento_ac%C3%BAstico) (8)

http://www.lpi.tel.uva.es/~nacho/docencia/ing_ond_1/trabajos_04_05/io1/public_html/psico_archivos/image044.jpg (Apéndice 1) http://www.siemon.com/la/white_papers/08-10-17-normas-electricas.asp (Apéndice 2) http://www.werma.com/es/techtalk/la_acstica_en_la_tcnica_de_sealizacin.php (Apéndice 3) http://www.sistemasynkro.com/diccionario_acustico.aspx (Apéndice 4) http://www.doctorproaudio.com/content.php?145-ponderaciones-weightings-frecuencia-ABC (Apéndice 5) http://www.cires.org.mx (14) http://www2.ssn.unam.mx/website/jsp/historia.jsp (15) http://www.cires.mx (16) http://www.tecnimed.com.mx (17) http://www.prosmex.com.mx (18) Definición de alarma - Qué es, Significado y Concepto http://definicion.de/alarma/#ixzz2Pu5bGv75 (19) http://www.farq.edu.uy/joomla/images/stories/acustico/Tablas/Tablas%20de%20Absorcion.pdf

http://es.scribd.com/doc/245590/Definicion-de-sonido

http://www.postgradoeinvestigacion.uadec.mx/CienciaCierta/CC27/9.html

http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/206/1/CD-0614.pdf

http://www.ieesa.com/universidades/tesis01/capt4b.pdf

http://www.eumus.edu.uy/docentes/maggiolo/acuapu/prp.html

http://sicaweb.cedex.es/docs/documentos/Conceptos-Basicos-del-ruido-ambiental.pdf

http://platea.pntic.mec.es/~lmarti2/SONIDO%20_STI_.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Sirena_(instrumento_ac%C3%BAstico)

http://www.lpi.tel.uva.es/~nacho/docencia/ing_ond_1/trabajos_04_05/io1/public_html/psico_archivos/image044.jpg

http://www.lpi.tel.uva.es/~nacho/docencia/ing_ond_1/trabajos_04_05/io1/public_html/psico_archivos/image044.jpg

http://www.siemon.com/la/white_papers/08-10-17-normas-electricas.asp

http://www.werma.com/es/techtalk/la_acstica_en_la_tcnica_de_sealizacin.php

http://www.sistemasynkro.com/diccionario_acustico.aspx

http://www.doctorproaudio.com/content.php?145-ponderaciones-weightings-frecuencia-ABC

http://www.doctorproaudio.com/content.php?145-ponderaciones-weightings-frecuencia-ABC

http://www.cires.org.mx/

http://www2.ssn.unam.mx/website/jsp/historia.jsp


http://www.tecnimed.com.mx/

http://www.prosmex.com.mx/

http://definicion.de/alarma/#ixzz2Pu5bGv75

http://definicion.de/alarma/#ixzz2Pu5bGv75

http://www.farq.edu.uy/joomla/images/stories/acustico/Tablas/Tablas%20de%20Absorcion.pdf

http://www.farq.edu.uy/joomla/images/stories/acustico/Tablas/Tablas%20de%20Absorcion.pdf


77

APÉNDICE

1.- Escala de decibeles

2.- Estándares para la instalación del sistema de seguridad eléctrico

Normas Eléctricas

Cada país, e incluso cada localidad, tienen su propio reglamento eléctrico, cuyo propósito

fundamental es la seguridad hacia las personas; de ahí su carácter obligatorio.

Los reglamentos eléctricos de mayor relevancia son los siguientes:

NFPA 70:20081, National Electrical Code (Código Nacional Eléctrico) -

Comúnmente conocido como NEC-2008, esta norma es reglamentaria para los

Estados Unidos Americanos y demás países que la han adoptado o adaptado a

sus necesidades locales.

IEC 60364-1:20052, Low-voltage electrical installations - Part 1: Fundamental

principles, assessment of general characteristics, definitions (Instalaciones

eléctricas de baja tensión - Parte 1: Principios fundamentales, evaluación de

características generales, definiciones). Esta norma, más todas las demás

desarrolladas por el comité de normas 64 de la IEC3, se enfocan en la

protección contra peligros ocasionados por el uso de la electricidad en

instalaciones de edificios. .. NOM-001-SEDE-2005, Instalaciones Eléctricas


78

(utilización). Norma oficial mexicana que, aunque se basa principalmente en la

NFPA-70 y en la IEC-60364-1, contiene diversos requisitos adecuados a las

instalaciones eléctricas en México4.

Importancia de la Aplicación de las Normas Eléctricas

El uso e instalación inadecuados de la energía eléctrica, incluso en potencia limitada,

pueden ser un peligro para los seres vivos, el medio ambiente y los bienes materiales.

En las instalaciones eléctricas, existen dos tipos de riesgos mayores: las corrientes de

choque y las temperaturas excesivas; capaces de provocar quemaduras, incendios,

explosiones u otros efectos peligrosos. Para prevenir ambos tipos de riesgos, los

principios fundamentales de protección para la seguridad establecen que se deben tomar

medidas de protección apropiadas contra:

Choques eléctricos, Efectos térmicos, sobre corrientes, corrientes de falla y

sobretensiones.

Medidas de Protección en las Instalaciones Eléctricas

Se debe evitar que: las personas y demás seres vivos sufran lesiones,

quemaduras o la muerte; haya daños o pérdidas de bienes materiales; y haya

daños al medio ambiente.

Para evitar lo anterior, las instalaciones eléctricas deben planearse y efectuarse

para: prevenir el contacto directo con las partes energizadas (vivas) de la

instalación; prevenir el contacto indirecto con los conductores expuestos en caso

de falla; prevenir el contacto directo o indirecto con barreras o separaciones

adecuadas; limitar la corriente que pueda pasar a través del cuerpo a un valor

inferior al choque eléctrico y al de sobrecorriente; activar la desconexión

automática de la alimentación, en un lapso de tiempo que permita limitar la

corriente y no causar el choque eléctrico o una sobrecorriente, en caso de

contacto indirecto; evitar el efecto térmico, eliminando cualquier riesgo de ignición

de materiales inflamables debido a las altas temperaturas o a los arcos

eléctricos;utilizar protección contra sobrecorriente para evitar temperaturas

excesivas o averías electromecánicas; conducir una corriente de falla o de fuga en

forma segura, sin que alcancen una temperatura superior a la máxima permisible

para los conductores; instaurar métodos de puesta y unión a tierra para la

conducción segura de corrientes de falla; en especial, en caso de contacto

indirecto; eliminar una tensión excesiva motivada por fenómenos atmosféricos,

electricidad estática, fallas en la operación de los equipos de interrupción o bien

por fallas entre partes vivas de circuitos alimentados a tensiones diferentes; y

evitar sobrecargar los circuitos instalados debido a una mala planeación o

prácticas inadecuadas.

Ejecución de los Trabajos


79

(Sólo NOM-001-SEDE) 3.4.1.1. Son esenciales para la construcción de las

instalaciones eléctricas5 una mano de obra efectuada por personal calificado y la

utilización de materiales aprobados.

110-12. Ejecución mecánica de los trabajos. Los equipos eléctricos se deben

instalar de manera limpia y profesional.6

Espacio de Trabajo

110-16. Espacio de trabajo alrededor de equipo eléctrico (de 600 V nominales o

menos). Alrededor de todo equipo eléctrico debe existir y mantenerse un espacio

de acceso y de trabajo suficiente que permita el funcionamiento y el

mantenimiento rápido y seguro de dicho equipo.

a) Distancias de trabajo.

Excepto si se exige o se permite otra cosa en esta norma, la medida del espacio

de trabajo en dirección al acceso a las partes vivas que funcionen a 600 V

nominales o menos a tierra y que puedan requerir examen, ajuste, servicio o

mantenimiento mientras estén energizadas no debe ser inferior a la indicada en la

Tabla 110-16(a). Las distancias deben medirse desde las partes vivas, si están

expuestas o desde el frente o abertura de la envolvente, si están encerradas. Las

paredes de concreto, ladrillo o azulejo deben considerarse conectadas a tierra.

.el espacio de trabajo no debe ser menor que 80 cm de

ancho delante del equipo eléctrico. El espacio de

trabajo debe estar libre y extenderse desde el piso o

plataforma hasta la altura exigida por esta Sección. En

todos los casos, el espacio de trabajo debe permitir

abrir por lo menos 90° las puertas o paneles

abisagrados del equipo.

.. Excepción 2: Con permiso especial de la autoridad

competente, se permiten espacios más pequeños si

todas las partes no aisladas.

3.- Señalización acústica

Las señales acústicas nos avisan, nos protegen y nos dirigen en la moderna sociedad industrial. Actúan allí donde se precisa precaución, prudencia y vigilancia, llaman la atención en emergencias o invitan a actuar. Al igual que ocurre con las señales ópticas, todos as entienden en cualquier parte del mundo. Estas señales se utilizan cuando una señalización con luz resulta insuficiente o inadecuada. En el tráfico rodado, el altavoz resulta imprescindible, pero también la timbre de descanso de la escuela y la sirena de un vehículo de intervención en


80

emergencias, todos ellos están englobados dentro de los aparatos de señalización acústica. Estos aparatos están muy extendidos también en la industria. En la mayoría de los casos, las señales acústicas se utilizan para la señalización de averías o para avisar de situaciones peligrosas. Por norma, la señalización se realiza mediante uno o varios tonos o secuencias de tonos. El tono de aviso debe llamar la atención y, a ser posible, debe hacer referencia a un determinado peligro.

Tipos de señales acústicas

Los siguientes son equipos de señalización acústica para las más distintas áreas de uso y aplicaciones:

Sirenas y sirenas multitono Zumbadores y zumbadores empotrables Altavoces de señalización Campana de gong de tres tonos Timbres

Significado de las señales acústicas

Multitono:

Descripción: Secuencia de tonos en diferentes frecuencias (diferentes frecuencias

altas y bajas) con intervalos cíclicos periódicos.

Significado: Peligro grave/Actuar urgentemente

Bitono:

Descripción: Secuencia de tonos en diferentes frecuencias (una frecuencia alta y

una frecuencia baja) con intervalos cíclicos periódicos.

Significado: Peligro grave/Actuar urgentemente

Tono alterno:

Descripción: Tono continúo con reducción escalonada y aumento de las

frecuencias acústicas.

Significado: Peligro/Actuar urgentemente

Tono pulsátil:


81

Descripción: Intervalos periódicos entre el ciclo de señal activada y el ciclo de

señal desactivada.

Significado: Peligro/Reaccionar urgentemente

Tono continuo:

Descripción: Tono continuo en una determinada frecuencia

Significado: Estado de seguridad

Doble seguridad gracias a señales óptico-acústicas

En determinadas circunstancias, en aquellos lugares con un

nivel de ruido elevado o cambiante, tal vez sea necesario

complementar la señal acústica con un estímulo óptico en

color.

La combinación de señales ópticas y acústicas permite

lograr un mayor rendimiento, ya que los estímulos sensoriales provocan la respuesta de la

vista y del oído. Mediante la combinación de una señal óptica y una señal acústica

pueden excluirse errores o evitarse que la señal pase desapercibida.

4.- Curvas isofónicas

Las curvas isofónicas son curvas de igual sonoridad.

Estas curvas calculan la relación existente entre la frecuencia y

la intensidad (en decibelios) de dos sonidos para que éstos sean percibidos como

igual de fuertes por el oído, con lo que todos los puntos sobre una misma curva

isofónica tienen la misma sonoridad.

Así, si 0 fon corresponden a una sonoridad con una intensidad de 0 dB con una

frecuencia de 1 kHz, también una sonoridad de 0 fon podría corresponder a una

sonoridad con una intensidad de 60 dB con una frecuencia de 70 Hz.

Las primeras curvas de igual sonoridad fueron establecidas por Fletcher y

Munson en 1930.

http://es.wikipedia.org/wiki/Sonoridad

http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_sonido

http://es.wikipedia.org/wiki/Decibelio

http://es.wikipedia.org/wiki/Fonio

http://es.wikipedia.org/wiki/Hercio

http://es.wikipedia.org/wiki/1930


82


83

5.- Plano arquitectónico


84

6.- Breve descripción del “Robot sisVigilante”

Introducción El programa “sisVigilante”, es una compilación hecha con el programa AutoIt V3, que es un

compilador con licencia de uso gratuita, cuyo lenguaje es semejante al Basic, en el que se

pueden automatizar muchas tareas en los sistemas operativos Windows.

Debido a eso, ha sido posible construir una herramienta automática o robot, para la tarea

específica de supervisar el programa cliente del sismógrafo de la ESFM, con el fin de resolver

automáticamente los problemas conocidos y construir un reporte en un servidor en el que se

ejecuta la herramienta sisVigilanteServer, que colecta los datos enviados por cada cliente

sisVigilante y elabora un reporte que permite supervisar de manera inmediata y precisa, el

correcto funcionamiento de todos los clientes del sismógrafo con una mínima intervención

humana.

Cada robot sisVigilante, se encargará de manera autónoma de presionar los botones necesarios

utilizando el puntero del mouse, cada que detecte un problema conocido, mejorando la

confiabilidad del cliente notablemente.

Adicionalmente, ante situaciones desconocidas, el robot envía los datos recabados al servidor

para poder agregar eventualmente una solución automática adicional.

Los problemas que no puede resolver sisVigilante y que deberán ser atendidos por los

encargados de cada sismógrafo son: - El equipo está apagado

- El equipo no tiene conectividad de red

- El equipo está siendo intervenido por un usuario

Sin embargo, el reporte de la situación es recibido o diagnosticado por el robot

sisVigilanteServer, de tal manera que los encargados recibirán un correo a la dirección que

proporcionaron con anterioridad, informando de la situación, con la información necesaria, y la

solicitud para que sea atendido a la brevedad.


85

En el caso extremo de requerir que el programa no actúe temporalmente, favor de utilizar el

botón de pausa. Una vez que se requiera reanudar el trabajo del robot, favor de hacer click en

"aceptar", ya que mientras "sisVigilante" esté pausado, el servidor registra el evento como una

falla, dado que el sismógrafo debe trabajar de manera ininterrumpida.

A continuación, se muestran las imágenes de varios de los estados en que puede mostrarse el

programa-robot sisVigilante.

Se puede observar cuál es el aspecto del robot sisVigilante, cuando el funcionamiento del programa cliente del sismógrafo es normal.

7.- Coeficientes de absorción acústica (I) En la siguiente tabla se muestran los coeficientes de absorción acústica en función de la

frecuencia para distintos materiales empleados habitualmente en la construcción:

Materiales Coeficientes

125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz 4000Hz

Ladrillo, sin enlucir 0.03 0.03 0.03 0.04 0.05 0.07

Ladrillo, sin enlucir, pintado 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.03

Revoque de cal y arena 0.04 0.05 0.06 0.08 0.04 0.06

Placa de yeso 0.29 0.10 0.05 0.04 0.07 0.09

Moqueta sobre hormigón 0.02 0.06 0.14 0.37 0.60 0.65

Bloque de hormigón ligero poroso 0.36 0.44 0.31 0.29 0.39 0.25

Bloque de hormigón pintado 0.10 0.05 0.06 0.07 0.09 0.08

Suelo de hormigón o terrazo 0.01 0.01 0.015 0.02 0.02 0.02

Mármol o azulejos 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02

Madera 0.15 0.11 0.10 0.07 0.06 0.07

Panel de madera contrachapada de 1 cm de espesor 0.28 0.22 0.17 0.09 0.10 0.11

http://acusticarquitectonicaymedioambiental.blogspot.mx/2010/05/coeficientes-de-absorcion-sonora.html


86

Panel de madera aglomerada 0.47 0.52 0.50 0.55 0.58 0.63

Parquet 0.04 0.04 0.07 0.06 0.06 0.07

Parquet de madera sobre hormigón 0.04 0.04 0.07 0.06 0.06 0.07

Parquet de madera sobre listones 0.20 0.15 0.12 0.10 0.10 0.07

Alfombra de goma de 0.5 cm de espesor 0.04 0.04 0.08 0.12 0.03 0.10

Cortina 475 g/m2 0.07 0.31 0.49 0.75 0.70 0.60

Espuma de poliuretano de 35 mm (Fonac) 0.11 0.14 0.36 0.82 0.90 0.97



Espuma de poliuretano de 35 mm (Sonex) 0.06 0.20 0.45 0.71 0.95 0.89



Lana de vidrio de 14 kg/m3 y 25 mm de espesor 0.15 0.25 0.40 0.50 0.65 0.70




Ventana de vidrio ordinaria 0.35 0.25 0.18 0.12 0.07 0.04

Pared de ladrillo enlucida con yeso 0.013 0.015 0.02 0.03 0.04 0.05

Superficie de piscina llena de agua 0.008 0.008 0.013 0.15 0.020 0.25

Puertas y ventanas abiertas 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

http://acusticarquitectonicaymedioambiental.blogspot.mx/2010/05/coeficientes-de-absorcion-

sonora.html

Date post:	30-Jan-2023
Category:	Documents
Upload:	khangminh22
View:	0 times
Download:	0 times

Diseño de alerta sonora para alarma sísmica de la E..S.I.M.E. ...

Documents