Acustica nell’industria. Influenza della polverosità sulle prestazioni acustiche di pannelli fonoassorbenti (*)

SOMMARIO

Sono state confrontate, sulla base di misure in camera riverberante, le prestazioni di fonoassorbimento di materiali acustici nuovi e puliti, da utilizzarsi appoggiati o sospesi, con quelle degli stessi materiali impolverati artificialmente con polveri provenienti da un impianto di segagione di granito per usi ornamentali. Per i pannelli sospesi, in particolare, le prestazioni acustiche hanno esibito, per alcune bande di frequenza, un peggioramento statisticamente significativo, differenziato in relazione all’interasse tra le file di pannelli. Il peggioramento delle prestazioni è più accentuato per gli interassi minori, riducendo la competitività di interventi di bonifica acustica basati sull’installazione di file di pannelli sospesi eccessivamente ravvicinate.

INTRODUZIONE

In alcuni ambienti industriali i processi produttivi sono tali da generare rumore, polveri, umidità e calore. È per esempio il caso delle segherie di granito per usi ornamentali, nelle quali la segagione ad umido mediante telai multilama e torbida abrasiva determina la formazione di un aerosol costituito dalla dispersione in aria di particolato solido di varia natura (in prevalenza polveri di granito e polvere di calce, in minor misura polveri metalliche) e di particelle d’acqua nebulizzata.

La bonifica acustica di quegli ambienti con sistemi di tipo aperto (pannelli fonoassorbenti sospesi e/o appoggiati associati a schermi mobili fonoisolanti e biassorbenti) è particolarmente interessante rispetto a soluzioni totalmente o parzialmente chiuse, a condizione che le caratteristiche acustiche di pannelli e schermi non vengano alterate rapidamente e significativamente nelle difficili condizioni ambientali esistenti.

La memoria riguarda la valutazione delle possibili alterazioni delle prestazioni acustiche di pannelli fonoassorbenti dovute alla polvere. I coefficienti di assorbimento di materiali acustici nuovi e puliti, da utilizzarsi appoggiati o sospesi, verificati mediante misure in camera riverberante, sono stati confrontati con quelli degli stessi materiali sporcati artificialmente in modo da riprodurre le condizioni industriali.

MATERIALI E METODI

Le prove sono state eseguite su pannelli fonoassorbenti ad elevate prestazioni, lunghi 3 m, larghi 50 cm e spessi 7 cm, costituiti da un materassino di lana di vetro spesso 6 cm, imbustato in un involucro di PVC e inserito all’interno di uno scatolato formato da una lamiera grecata di alluminio spessa 0,3 mm e forata (14,33 fori da 3 mm di diametro per m2 di superficie del pannello).

La sperimentazione ha riguardato sia i pannelli in assemblaggio completo, sia i soli feltri di fibra di vetro. Le misure sono state eseguite sui pannelli e sui feltri puliti, appoggiati sul pavimento o sospesi al soffitto in file parallele (con interassi di 35 cm, 50 cm e 70 cm tra le file). Le serie di  misure citate sono state poi ripetute dopo aver impolverato artificialmente i pannelli o i feltri in modo da riprodurre le condizioni di esercizio nell’industria.

A tal fine, presso uno stabilimento per la segagione del granito ubicato nella Sardegna nord orientale, è stata campionata la polvere depositatasi sulle superfici orizzontali presenti all’interno dello stabilimento ad un’altezza di 7 m. Le particelle non derivanti dal processo industriale sono state eliminate scartando con una vagliatura meccanica la frazione > 90 mm (peraltro rappresentante appena l’1,7% della massa totale); la frazione restante è particolarmente fine (il 90% è < 25 mm; il 40% è < 5 mm).

I pannelli o i feltri, preventivamente bagnati con 75 ml di acqua nebulizzata per ogni m2 di superficie, venivano inseriti in una busta, contenente una predeterminata massa di polveri che venivano messe in sospensione per mezzo di un getto d’aria compressa. Al fine di trattenere le polveri all’interno, la busta veniva sigillata ad eccezione delle aperture di ingresso e di uscita dell’aria, quest’ultima provvista di un filtro per polveri.

La quantità di polvere rimasta aderente, determinata mediante pesata differenziale, è risultata mediamente pari a 5,5 g/m2 nel caso dei pannelli e a 1,5 g/m2 nel caso dei feltri.

Le caratteristiche di fonoassorbimento dei pannelli sono state rilevate determinando i T60 nelle bande di 1/3 d’ottava comprese tra 100 Hz e 5 kHz. I coefficienti d’assorbimento a sono stati calcolati mediante la relazione di Sabine in cui, nel caso delle prove eseguite sui pannelli sospesi, è stata considerata l’area equivalente di assorbimento Seq = l·n·i, avendo indicato con l la lunghezza della fila di pannelli, con n il numero di file e con i l’interasse. Le misure sono state eseguite nella camera riverberante della Simpa Italia s.r.l. di Ferentino (FR), conforme alle norme ISO 354, ISO 3741 e ISO 3742 (Avenati et al, 1990) e caratterizzata da un tempo di riverberazione a vuoto di 7,34 s a 1000 Hz.

È stato utilizzato un analizzatore di spettro Bruel & Kjær 2260 Investigator dotato del modulo BZ 7204, con microfono da ½” tipo 4189 a condensatore prepolarizzato in campo libero. Come segnale è stato utilizzato il rumore rosa generato dallo strumento, opportunamente amplificato.

Per ogni prova sono stati eseguiti 12 campionamenti. Le distribuzioni campionarie dei valori di as ottenuti per pannelli o feltri puliti e sporchi, nelle serie di prove omologhe, sono state confrontate verificando, mediante test di Student, la significatività delle differenze tra le medie e, mediante test di Fischer, la significatività delle differenze tra le varianze.

RISULTATI

La figura 1 riporta i valori di as in funzione della frequenza misurati nelle 12 serie di prove. Le prove omologhe (quelle eseguite con la stessa tipologia di elementi e la stessa configurazione, ma con elementi puliti o sporchi) sono state identificate con la codifica seguente:

  • A, B, C: pannelli sospesi, rispettivamente con i = 35 cm, i = 50 cm, i = 70 cm;
  • D, E, F: feltri di fibra di vetro sospesi, con i = 35 cm, i = 50 cm, i = 70 cm;
  • G: pannelli appoggiati;
  • H: feltri di fibra di vetro appoggiati.

La tabella 1 riporta, in funzione della frequenza centrale di banda di 1/3 d’ottava, i valori della statistica t di Student al 98% e al 95% e i valori di t calcolati per le distribuzioni campionarie a confronto. Sono evidenziati i casi in cui è stata riscontrata la significatività delle differenze. Il test eseguito sulle varianze delle distribuzioni campionarie a confronto ha mostrato che esse non differiscono neanche ad un livello elevatissimo di significatività.

Pannelli sospesi puliti e sporchi. Coefficiente di assorbimento in funzione della frequenza

 

 

 

 

 

 

 

 

Coefficienti di assorbimento di pannelli sporchi e puliti sospesi (i = 50 cm)

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 1 – Confronti tra i valori di as per pannelli e feltri sospesi puliti (linea continua) e sporchi (linea tratteggiata) al variare dell’interasse tra le file

 

Freq. [Hz]

Valori di t calcolati per i confronti tra pannelli puliti e sporchi

t98%

t95%

A

B

C

D

E

F

G

H

100

2,508

2,074

0,559

0,280

0,068

0,815

0,629

0,654

0,084

0,798

125

2,508

2,074

0,047

2,023

2,592

0,598

0,190

0,609

0,914

4,797

160

2,508

2,074

0,885

0,812

0,279

0,109

0,139

0,657

0,162

1,781

200

2,508

2,074

0,084

0,944

2,199

0,133

1,140

0,490

1,922

0,876

250

2,508

2,074

2,626

1,141

0,051

0,371

0,342

0,394

1,184

1,543

315

2,508

2,074

0,164

0,902

0,538

0,034

0,342

0,843

0,751

0,214

400

2,508

2,074

0,929

1,972

5,150

0,244

0,248

0,640

0,160

0,250

500

2,508

2,074

2,923

2,464

5,496

1,195

0,732

0,209

0,068

0,384

630

2,508

2,074

3,038

2,091

3,690

1,499

0,526

0,659

0,134

0,607

800

2,508

2,074

3,012

2,105

4,359

2,089

0,924

1,123

0,451

1,271

1000

2,508

2,074

2,497

2,442

4,218

0,255

0,905

0,487

1,292

3,389

1250

2,508

2,074

2,365

2,325

2,307

0,599

0,202

0,512

0,584

4,437

1600

2,508

2,074

1,676

4,144

0,000

0,467

0,586

0,322

0,569

9,581

2000

2,508

2,074

2,461

3,200

2,226

2,241

1,560

1,978

0,543

3,011

2500

2,508

2,074

0,774

2,880

4,855

2,184

0,291

2,345

1,274

9,101

3150

2,508

2,074

0,121

1,439

0,000

1,150

0,663

0,000

0,371

5,759

4000

2,508

2,074

0,054

1,406

2,474

1,102

1,872

1,406

1,780

2,966

5000

2,508

2,074

2,760

2,973

0,826

2,760

2,844

1,173

1,380

4,221

Tabella 1 – Analisi della significatività delle differenze tra i valori medi di as per serie di prove omologhe

COMMENTI E CONCLUSIONI

Nel caso dei pannelli sospesi i valori di as si riducono in maniera apprezzabile. Il peggioramento delle prestazioni acustiche interessa soprattutto le medie frequenze (in particolare quelle comprese tra 500 Hz e 1250 Hz), dando luogo a diminuzioni di a comprese tra l’8,3% e il 27,5% e statisticamente significative. Poiché per i cuscinetti in fibra di vetro sono state evidenziate diminuzioni più modeste e meno significative, si deduce che tale peggioramento può essere attribuito principalmente alla polvere depositatasi sulla doga. Le prove di impolveramento, d’altronde, hanno dimostrato che la polvere aderisce preferenzialmente sulle doghe di lamiera.

Si può ipotizzare che l’effetto principale della polvere consista nella diminuzione della trasparenza acustica dei fori praticati nella lamiera e nella modifica delle caratteristiche dei risuonatori acustici costituiti dalle nervature a collo stretto formate dalle doghe di lamiera grecata. Ne consegue da un lato un minore assorbimento di energia sonora da parte del cuscinetto in fibra di vetro (a causa della maggiore difficoltà dell’aria a penetrare oltre la lamiera) e, dall’altro, per i risuonatori acustici, un’estensione dell’intervallo di frequenze di risonanza ma una diminuzione della capacità assorbente alla frequenza di risonanza.

Alle medie frequenze la polvere ha un effetto negativo anche sulla risonanza propria del lamierino: la massa della membrana vibrante cambia e, a causa della polvere depositatasi più o meno uniformemente su di esso, vibra con modalità che riducono o annullano l’effetto positivo indotto dalla risonanza.

La maggiore rugosità superficiale determinata dalla polvere ha un effetto positivo solo alle alte frequenze, alle quali infatti il peggioramento delle prestazioni rispetto ai pannelli puliti è relativamente contenuto.

Risulta invece singolare il comportamento dei pannelli appoggiati: le diminuzioni dei coefficienti di assorbimento per i cuscinetti sporchi rispetto a quelli puliti, registrate nell’intervallo di frequenze da 1000 Hz a 5000 Hz, non sono tali da influire sulle caratteristiche di assorbimento del pannello nel suo complesso.

La diminuzione del coefficiente di assorbimento dei feltri di lana di vetro è probabilmente dovuta al fatto che a causa della polvere depositatasi su di essa, la busta diventa meno elastica e quindi più impedente.

I coefficienti di assorbimento dei pannelli sospesi, sia puliti sia sporchi, sono risultati crescenti, per una data frequenza, al diminuire dell’interasse tra le file. Per una comparazione sintetica la tabella 2 riporta i valori del Noise Reduction Coefficient NRC.

 

i= 35 cm

i= 50 cm

i= 70 cm

Pannelli puliti

0,81

0,74

0,65

Pannelli sporchi

0,68

0,65

0,59

Tabella 2 – Valori del NRC per pannelli sospesi con differente interasse tra le file

Il peggioramento delle caratteristiche acustiche determinato dalla polvere è risultato più accentuato nel caso di file ravvicinate, al punto da ridurre la competitività di interventi di bonifica acustica basati sull’installazione di file di pannelli sospesi eccessivamente ravvicinate.

BIBLIOGRAFIA

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 (*) Francesco AVENATI (1), Giorgio MASSACCI (2), Andrea Alessandro MUNTONI (2), in Atti del XXVII convegno dell’AIA (Associazione di Acustica Italiana), Genova, 1999

 (1) Libero professionista;  (2) DIGITA – Dipartimento di Geoingegneria e Tecnologie Ambientali, Università di Cagliari

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