Acoustical treatment solution for a large water cooling ...cdn-cms.f-static.com/uploads/666064/normal_5a07e51b1a55c.pdfAcoustics for the 21st Century… PROCEEDINGS of the 22nd International

Buenos Aires – 5 to 9 September 2016 Acoustics for the 21st Century…

PROCEEDINGS of the 22nd International Congress on Acoustics

Environmental Acoustic & Community Noise: Paper 47

Acoustical treatment solution for a large water cooling and chiller system at the rooftop of a commercial

building.

Maria Luiza Belderrain(a), Rafael Vaidotas(a), Mariene Benutti Giunta(a), Wanderley Montemurro(b)

(a) CLB Engenharia Consultiva, Brazil, [email protected] (b) Acoustic Control Tratamentos Acústicos, Brazil, [email protected]

Abstract

This article is a case study concerning the operation of 4 chillers, 2 cooling towers and 9 pumps at the rooftop of a commercial building located next to several residential buildings in São Paulo, Brazil. The study involved sound measurements next to the noise sources (rooftop) and at the vicinity (ground floor), in order to characterize the noise power of each source and the neighborhood background noise. Data such as topography, traffic at the nearest roads and blueprints of the installation and neighborhood were gathered to develop the digital ground model (DGM) for the sound propagation simulation´s software. The sound measurements were, then, used to calibrate the digital model - to adjust it so it reproduces the same noise levels acquired at the site. Once the model was ‘calibrated’, calculations were performed considering the sound propagation from the noise sources in order to estimate the impact on the nearby residential buildings. Then, mitigation measures at the water cooling and chiller systems were simulated in order to meet the noise criteria defined in the city of São Paulo legislation. The mitigation measures were implemented at the site and their results confirmed the accuracy of the study developed with the noise simulation software.

Keywords: treatment, commercial, chiller,

X CONGRESO FIA Buenos Aires, 5 al 9 de Setiembre de 2016

Acústica para el siglo 21...

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Tratamento acústico para sistema de refrigeração e de chillers localizado na cobertura de um edifício

comercial.

1 Introdução

A instalação de sistemas de refrigeração em coberturas é frequente e comum em

empreendimentos comerciais e de serviços, pois se aproveita da área construída para

alocação destes equipamentos, afastando-os também de receptores térreos. Entretanto, a

elevação destas fontes apenas desloca a propagação sonora para uma altura mais elevada.

Localizado em uma região densamente urbanizada e com edificações verticalizadas, a

instalação a que esse estudo se refere se aproxima, em altura, do 6° andar das edificações

residenciais próximas e constitui-se de quatro chillers, duas torres de resfriamento, quatro

transformadores e nove bombas que, quando entram em operação, geram impacto de ruído

para diversos receptores sensíveis.

A legislação vigente de parcelamento, uso e ocupação do solo do Município de São Paulo na

ocasião do estudo – Lei 13.885/2004 - estabelece que o empreendimento pertence à zona

mista ZM-3a que estabelece os limites acústicos de 65 dBA e 45 dBA, para os períodos diurno

e noturno, respectivamente. As medidas de mitigação sonora adotadas consideraram estes

critérios para adequar a operação do sistema de refrigeração à legislação municipal.

O estudo considerou o uso de software de predição sonora devido ao fato de não se permitir a

realização de medições acústicas em alguns receptores sensíveis, voltados para a instalação.

Desse modo, estando o sistema de refrigeração elevado, era preciso simular a propagação

sonora nas fachadas dos edifícios próximos, particularmente para os andares mais elevados (a

partir do 6º andar). Foram executadas campanhas de medição sonora para caracterização das

fontes da cobertura, bem como medições do ruído ambiental – em pontos nas ruas do entorno,

ao nível do piso. Os resultados gerados subsidiaram a elaboração de um projeto de mitigação

acústica para o sistema, com eficiência posteriormente comprovada através de obras

executadas no local.

2 Metodologia

2.1 Medições sonoras

Em todas as medições sonoras foram seguidas as recomendações constantes na norma NBR

10.151/2000. As medições próximas às fontes ocorreram a 1.50 metros destas (Chillers,

bombas e torres de resfriamento), de modo a caracterizar suas respectivas potências sonoras.



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Para a caracterização do ruído ambiental, foram selecionados 6 pontos receptores localizados

no térreo, a uma altura de 1.50 metros do solo. Essas medições seguiram as recomendações

da diretiva CETESB 389/2010/P que dispõe sobre avaliações de sistemas lineares de

transporte, uma vez que os receptores em questão pertencem a uma área urbanizada, com

vias de tráfego com movimentação constante.

Figura 1 - Localização dos pontos de medição - Próximas às fontes e ambientais.

2.2 Desenvolvimento do modelo computacional e dados de entrada

O estudo de impacto ambiental foi desenvolvido através de um software de predição acústica,

simulando-se a propagação sonora a partir das fontes e calibrando-se o modelo com as

medições do ruído ambiente, realizadas no local. O modelo computacional foi gerado através

de informações do layout de implantação da instalação de refrigeração, bem como dados

topográficos e de ocupação urbana, desenvolvidos pela Prefeitura do Município de São Paulo,

caracterizando a altura das edificações a as vias de tráfego. Para o desenvolvimento do cálculo

de propagação sonora, foram adotadas as normas e parâmetros de cálculo conforme tabela 1.



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Tabela 1 – Normas e parâmetros de cálculo adotados.

Standards

Industrial ISO 9613-2

Air absorption ISO 9613-2

Road emission RLS-90

Evaluation periods Day 7AM-10PM

Night 10PM-7AM

Environment conditions

Temperature [°C] 24

Relative Humidity [%] 70

Noise Propagation

Maximum error [dBA] 0.1

Search radius [m] 1000

Reflection Order 3

Maximum radius [m] 100

Grid Noise Map Grid space [m] 10

Height above ground [m] 15

3 Mapeamento sonoro

3.1 Calibração do modelo digital

A calibração do modelo digital consiste na reprodução dos níveis de pressão sonora obtidos ‘in

loco’, nos pontos internos e externos, no modelo digital. Os pontos externos foram usados

como pontos de “controle” e serviram de parâmetro para a calibração do modelo atual, de

modo a garantir que os cenários ou simulações futuras apresentem boa confiabilidade.

Tabela 2 - Comparação entre os níveis de ruído LAeq medidos e simulados no perímetro do empreendimento, sem a operação das fontes sonoras - Períodos Diurno e Noturno.

Ponto

LAeq, dBA

Ruído Ambiente

Medido Simulado Diferença

Diurno Noturno Diurno Noturno Diurno Noturno

A 68,3 65,0 68,2 64,9 -0,1 -0,1

B 63,5 46,9 63,6 46,9 0,1 0,0

C 59,7 50,2 59,6 49,5 -0,1 -0,7

D 65,4 65,8 65,2 65,5 -0,2 -0,3

E 61,0 50,4 60,9 49,7 -0,1 -0,7

F - 63,8 67,1 63,8 - 0,0



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Tabela 3 – Comparação entre os níveis de ruído LAeq medidos e simulados próximos às fontes.

Ponto Fonte(s) LAeq, dBA.

Medido Simulado Diferença

F3 Transformadores 74,1 73,7 -0,4

F4 Torres de resfriamento 1 e 2 - 1,2m do piso 76,8 75,8 -1,0

F5 Torres de resfriamento 1 e 2 - 3,5m do piso 76,3 75,8 -0,5

F6 Bombas secundárias dos Chillers 79,2 78,4 -0,8

F7 Bombas primárias dos Chillers 82,5 82,4 -0,1

F8 Ao lado dos 4 Chillers 82,0 81,8 -0,2

F9 Entre dois Chillers 83,8 84,5 0,7

F10 Ao lado dos 4 Chillers - Vão entre contêineres 74,3 74,8 0,5

F17 Entre os Chillers e o contêiner 87,2 87,4 0,2

F18 Ao lado dos 4 Chillers - Vão entre contêineres 79,0 78,9 -0,1

As tabelas 2 e 3 apresentam a comparação entre os níveis de pressão sonora mensurados nos

pontos indicados na figura 5 com aqueles obtidos no modelo digital através da simulação

sonora. As diferenças obtidas não superam 1.0 dBA, indicando boa precisão do modelo.

Após a calibração do modelo digital, foram inseridos novos pontos receptores localizados em

edificações sensíveis, onde não fora possível realizar medições sonoras. A figura 2 ilustra a

posição desses receptores R1 a R10, localizados na fachada de edifícios verticalizados.

Figura 2 – Pontos receptores do entorno (A a F) e dos edifícios sensíveis (R1 a R10).



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3.2 Resultados da simulação sem tratamento acústico

Após a conformação do DGM, sua calibração e da inserção de todos os pontos receptores, os

cálculos de propagação sonora foram executados, gerando a Tabela de Pontos e o Mapa de

Propagação Sonora, para cada situação simulada.

Os resultados obtidos para a condição atual, sem considerar intervenções acústicas, estão

indicados na tabela 4. Dos dez receptores sensíveis considerados (R1 a R10), apenas os

receptores R1 a R4 apresentaram impacto sonoro, em virtude da proximidade com a instalação

do sistema de refrigeração e dos chillers. Apenas foram indicados na tabela os andares mais

impactados de cada edificação.

O critério acústico nos pontos A a F sofreram alterações, seja no período diurno ou no noturno,

devido ao ruído ambiente mensurado ser mais elevado do que o próprio critério acústico (NCA),

seguindo recomendação da Norma Brasileira NBR 10.151/2000, que estabelece que, sendo o

nível de ruído ambiente superior ao critério acústico para a zona e período em questão, esse

valor medido assumirá o novo critério acústico.

Tabela 4 – Resultados obtidos com a simulação sonora: Simulado x Critério da Lei 13.885/2004 – Períodos diurno e noturno.

Ponto Andar

Nível de Pressão Sonora, LAeq, dBA

Simulado Critério Diferença


A

-

35.6 35.6 68.3 65.0 -32.7 -29.4

B 39.4 39.4 65.0 46.9 -25.6 -7.5

C 47.0 47.0 65.0 50.2 -18.0 -3.2

D 30.3 30.3 65.4 65.8 -35.1 -35.5

E 35.8 35.8 65.0 50.4 -29.2 -14.6

F 51.3 51.3 67.1 63.8 -15.8 -12.5

R1.1 11 51.6 51.6 65.0 45.0 -13.4 +6.6

R1.2 11 51.5 51.5 65.0 45.0 -13.5 +6.5

R2.1 28 46.4 46.4 65.0 45.0 -18.6 +1.4

R2.2 28 45.7 45.7 65.0 45.0 -19.3 +0.7

R3.1 28 47.0 47.0 65.0 450 -18.0 +2.0

R3.2 26 45.3 45.3 65.0 45.0 -19.7 +0.3

R4.1 06 48.5 48.5 65.0 45.0 -16.5 +3.5

12 47.7 47.7 65.0 45.0 -17.3 +2.7

R4.2 06 47.8 47.8 65.0 45.0 -17.2 +2.8

12 47.7 47.7 65.0 45.0 -17.3 +2.7

O impacto sonoro observado varia entre 0.3 e 6.6 dBA, sendo o receptor R1, fachada 1, o mais

impactado, seguido de sua fachada 2 (6.5 dBA). Os pontos A a F não foram impactados por

estarem no piso térreo e as fontes sonoras a cerca de 18,0 m do piso.



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3.3 Medidas de mitigação sonora

O sistema de refrigeração e dos chillers se encontra na cobertura do empreendimento e é

cercado em uma fachada lateral e na fachada de frente por contêineres com altura de 5.2

metros, que possuem um vão entre si que permite a passagem livre do ruído. Através do

estudo de propagação sonora, foram identificadas as seguintes medidas mitigadoras, para as

fontes do sistema:

i. Barreira constituída de painéis acústicos com altura vertical de 5,2 m mais um painel

inclinado a um ângulo de 45° no topo, com 1,0 m de desenvolvimento, localizada no vão

entre contêineres;

ii. Chillers: Requadro em painéis acústicos na parte superior de cada chiller (altura dos

ventiladores), com sobreposição de 0.1 m junto ao corpo metálico do chiller e altura total

de 1.42 m;

iii. 2 Bombas primárias: Barreira de 1,5 m de altura, voltada para o lado dos receptores

R1 a R4;

iv. 7 Bombas secundárias e 4 transformadores: Barreira de 2,0 m de altura, voltada

para o lado dos receptores R1 a R4;

v. 2 Torres de resfriamento: Requadro em painéis acústicos com altura de 1,2 m na

parte superior - correspondente ao ventilador - de cada torre.

Figura 3 – Locação das fontes sonoras da cobertura considerando o tratamento acústico.



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Figura 4 – Modelo tridimensional considerando as fontes sonoras (rosa), edificações sensíveis (laranja) e o tratamento acústico (verde).

3.4 Resultados após simulação do tratamento acústico

Após a implantação do tratamento acústico no modelo digital, foram rodadas novos mapas e

cálculos, atestando a eficiência do tratamento acústico proposto. Os resultados obtidos estão

na tabela 5.

Tabela 5 - Resultados obtidos com a simulação sonora, considerando o tratamento acústico: Simulado x Critério da Lei 13.885/2004 – Períodos diurno e noturno.

Ponto Andar

Nível de Pressão Sonora, LAeq, dBA

Simulado Critério Diferença


A

-

34.7 34.7 68.3 65.0 -33.6 -30.3

B 36.4 36.4 65.0 46.9 -28.6 -10.5

C 38.1 38.1 65.0 50.2 -26.9 -12.1

D 27.8 27.8 65.4 65.8 -37.6 -38.0

E 33.9 33.9 65.0 50.4 -31.1 -16.5

F 41.9 41.9 67.1 63.8 -25.2 -21.9

R1.1 11 42.5 42.5 65.0 45.0 -22.5 -2.5

R1.2 11 42.8 42.8 65.0 45.0 -22.2 -2.2

R2.1 28 43.1 43.1 65.0 45.0 -21.9 -1.9

R2.2 28 42.3 42.3 65.0 45.0 -22.7 -2.7

R3.1 28 43.8 43.8 65.0 45.0 -21.2 -1.2

R3.2 26 40.3 40.3 65.0 45.0 -24.7 -4.7

R4.1 06 38.1 38.1 65.0 45.0 -26.9 -6.9

12 38.7 38.7 65.0 45.0 -26.3 -6.3

R4.2 06 37.8 37.8 65.0 45.0 -27.2 -7.2

12 38.3 38.3 65.0 45.0 -26.7 -6.7



9

Com o tratamento acústico proposto, todos os pontos receptores apresentaram níveis de

pressão sonora que se adequam ao previsto na legislação Municipal 13.885/2004. A eficiência

do tratamento acústico variou entre 3,2 e 10,4 dBA, dependendo do receptor considerado,

apresentando média de 6,8 dBA de redução sonora.

3.5 Execução do tratamento acústico e confirmação dos resultados

As obras de tratamento acústico foram implementadas, conforme mostram as fotos a seguir. As

medições acústicas realizadas após a execução das obras indicaram níveis de ruído sem

alteração, para as duas condições operacionais: com e sem o sistema de refrigeração

funcionando. Na prática, isto representa que não há impacto ambiental de ruído para o entorno

quando o sistema opera, comprovando a mitigação sonora.

(a) (b)

(c) (d)

Figura 5(a) a 5(d) – Fotografias dos tratamentos acústicos executados: (a) Requadros dos chillers, (b) Barreira das bombas, (c) e (d) Barreira de fechamento geral.



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4 Conclusões

Este estudo de caso real mostra que o uso de software de simulação de propagação sonora

constitui uma ferramenta muito útil quando se tem uma instalação de sistema de água gelada,

constituída por chillers, bombas e torres, propagando ruído em todas as direções (neste caso,

por estarem localizadas na cobertura de um edifício comercial a 18,0 m do piso).

Em virtude da presença de vários receptores em prédios residenciais ao redor e da dificuldade

em se poder realizar medições sonoras no ambiente dos receptores, a elaboração do modelo

digital e caracterização das fontes de ruído, possibilitou quantificar o impacto na vizinhança e

desenvolver as soluções mitigadoras, através de projetos acústicos.

Após a implantação de tais medidas mitigadoras – constituídas por barreiras e requadros

acústicos próximos aos equipamentos - foi possível verificar a eficiência do tratamento acústico

e respectiva modelagem computacional, através de novas medições sonoras no local objeto de

estudo.

Agradecimentos

Agradecemos ao eng. Luciano Carvalho pela colaboração na fase de realização das medições

acústicas.

Referências

[1] Gerges, S.N.Y.; Ruído: Fundamentos e controle. Florianópolis, 1992. Universidade Federal de Santa Catarina.

[2] Bistafa, S.R.; Acústica Aplicada ao Controle do Ruído. São Paulo, 2006. Editora Edgard Blücher.

[3] Norma NBR 10.151. Acústica – Avaliação do ruído em áreas habitadas, visando o conforto da comunidade – Procedimento.

[4] Decisão de Diretoria CETESB 389/2010/P.

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