Confiabilidad en el Cálculo de emisiones de ruido laboral en Plantas de Chancado

Ref: Estación de Chancado - Metso

1. Condición Operativa

Planta de chancado secundario en faena minera a 3.800 m.s.n.m., operación continua 7x7. La instalación presenta alta complejidad de equipos mecánicos y estructuras metálicas, generando múltiples bordes de difracción entre los focos de ruido y los puntos de evaluación normativa.

2. El Problema Presentado

Las mediciones de niveles de presión sonora en terreno indicaron niveles de ruido superiores a los proyectados durante la etapa de diseño de los apantallamientos (pantallas/barreras) acústicos en etapa de Ingeniería Conceptual desarrollado por otra empresa. El modelo original, fundamentado en la norma ISO 9613-2, sugería el cumplimiento con los márgenes exigidos por el protocolo Prexor (Ruido Laboral). La discrepancia con las mediciones de ruido tomadas en terreno arrojo elevados diferencias en decibeles (dB) en los puestos de trabajo evaluados, lo que planteó la necesidad de revisar en detalle el modelo de cálculo de la ingeniería conceptual para la propagación del ruido en zonas de grandes sombras geométricas.

3. Física Gobernante

La divergencia se explica por las limitaciones de la acústica geométrica convencional ante la dualidad onda-partícula. La difracción en activos mecánicos implica que al restringir la posición de una partícula sonora y al rebasar un borde físico (Delta y), se genera una incertidumbre inherente en su componente de momento (Delta Py). Esto resulta en una dispersión angular hacia la zona de sombra geométrica de las pantallas, un mecanismo derivado de la Relación de Incertidumbre de Heisenberg.

El cálculo requiere el uso del Edge Diffraction Strength (EDS). Para configuraciones de rendija, la energía de difracción se modula a través de la distancia de paso efectiva, definida matemáticamente como aeff = 1/a1 + 1/a2, la cual determina el ancho de rendija efectivo (beff = 6 / aeff).

4. Método y Simulación Matemática

Simulamos a nivel de cálculo acústico dinámico, el campo acústico reemplazando el algoritmo de la ISO 9613-2 por el modelo Sound Particle Diffraction (SPD). Para procesar la complejidad tridimensional de la planta, el algoritmo implementó una Subdivisión Convexa (CSD) del espacio, insertando paredes virtuales que permiten rastrear los eventos de difracción de manera eficiente. El muestreo espacial se configuró con un requisito crítico de una partícula cada 0.1 lambda para las trayectorias críticas, previniendo errores de aliasing espacial.

5. Resultados del Análisis

El análisis acústico demostró que la norma ISO 9613-2 subestima los niveles de presión sonora en las zonas de sombra en hasta 12 dB debido a su tratamiento determinista. Al aplicar el modelo SPD, la dispersión angular probabilística representó con exactitud la zona de sombra. Los niveles de ruido proyectados mediante SPD mantuvieron una coherencia (diferencias menores a 2 dB) con las mediciones de ruido llevada a cabo en terreno. Se documentaron desviaciones estándar inferiores a 1 dB para aperturas poligonales complejas a distancias operacionales de 10 a 20 metros.

6. Supuestos y Limitaciones

El modelo operó bajo la aproximación de Kirchhoff, asumiendo que el obstáculo no perturba el campo incidente para mantener la viabilidad del cálculo. Cada borde de difracción se analizó de forma independiente, procesando las reflexiones como eventos separados del fenómeno de difracción de onda. En longitudes de onda muy largas (bajas frecuencias), la discretización poligonal de los equipos compromete la eficiencia del cálculo. El análisis excluyó gradientes de viento y efectos térmicos en la propagación.

7. Implicancia Operacional

La determinación precisa de la potencia acústica (Lw: Sound Pressure Level) para caracterizar los focos de ruido mas importante y el uso del modelo SPD evita sobre dimensionar en etapa de diseño de ingeniería los apantallamientos acústicos (o barreras / pantallas acústicas). El análisis detallado de las difracciones de onda asegura la correcta cuantificación de las dosis de ruido de cada puesto de trabajo y de cada trabajador para poder trazar la hoja de ruta hacia el cumplimiento normativo del protocolo Prexor. Este nivel de desarrollo, permite reducir los elevados márgenes de seguridad usados comúnmente en la industria, los cuales encarecen los proyectos de soluciones para el control de ruido laboral.