Zakup aparatury współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego Krzysztof WCISŁO Szymon MISIOŁEK Badania hałasu i drgań 1. Zakres szkodliwości hałasu wpływ na człowieka i środowisko Oddziaływanie hałasu na organizm człowieka można rozpatrywać w trzech płaszczyznach: bezpośrednie na ucho środkowe i wewnętrzne, pośrednie na układ nerwowy i psychikę oraz na zasadzie odruchu na inne narządy. Stosunkowo rzadko spotyka się hałas o bardzo wysokich poziomach (sto kilkadziesiąt db). Docierając do ucha, ma on tak duże ciśnienie, iż w sposób mechaniczny niszczy narząd słuchu (uszkadza bębenek). Efektem tego jest natychmiastowa i trwała głuchota. Długotrwałe działanie hałasu o poziomie powyżej 85 db powoduje narastanie zjawiska uszkodzenia słuchu, aż w ekstremalnych sytuacjach do głuchoty włącznie. Dźwięki o poziomach niższych, a nawet stosunkowo niskich, nie są dla organizmu obojętne. Źle są tolerowane bodźce nagłe, niespodziewane, stąd też hałas nagły i krótkotrwały, o dużym natężeniu odczuwa się często jako nieprzyjemny efekt zaskoczenia, który w pewnych warunkach może być szkodliwy dla zdrowia. Stąd też przebywanie w hałaśliwym środowisku ma niewątpliwie wpływ na słuch. Im większe natężenie hałasu, tym krótszy czas jest potrzebny do wystąpienia zjawiska adaptacji słuchu, a co za tym idzie do zjawiska zmęczenia. Adaptacja polega na czasowym obniżeniu progu słyszenia - oznacza to, że po pewnym czasie słuch wraca do normy. W przypadku gdy ekspozycja na hałas (szczególnie o dużym natężeniu) jest zbyt długa, może dojść do tzw. zmęczenia słuchu, a więc trwałego uszkodzenia komórek orzęsionych narządu Cortiego w ślimaku ucha. Oddziaływanie hałasu nie ogranicza się tylko do uszkodzeń słuchu - wpływa on niekorzystnie również na sprawność działania człowieka i całą jego strefę psychiczną. Przy wartościach powyżej 65 db ma miejsce wyraźne nasilenie stanów irytacji i napięć emocjonalnych, spowolnienie reakcji psychomotorycznych, obniżenie zdolności koordynacji, zakłócenie koncentracji uwagi. Hałas przyczynia się także do wielu niespecyficznych zaburzeń ogólnoustrojowych. Występujące w środowisku dźwięki niepożądane lub szkodliwe dla zdrowia człowieka określamy mianem hałasu. Można więc powiedzieć, że praktycznie towarzyszy każdej działalności człowieka. Uciążliwe oddziaływanie hałasu obserwuje się wszędzie: w pracy, miejscu zamieszkania i wypoczynku. Zjawiska hałasu występują zwłaszcza w dużych miastach, wzdłuż tras komunikacyjnych, wokół obiektów przemysłowych i usługowych o charakterze wytwórczym. Ze względu na swoje cechy hałas obejmuje zwykle oddziaływaniem 3
liczne grupy społeczności powodując silne emocje i reakcje społeczne. Fizycznymi źródłami hałasu w środowisku są najczęściej: maszyny i narzędzia (np. młoty pneumatyczne, wiertarki, szlifierki); pojazdy komunikacji drogowej, szynowej, lotniczej, wodnej; urządzenia komunalne (windy, hydrofory, transformatory, pompy). Ze względu na źródło i miejsce występowania hałasu, wyróżnia się hałas: przemysłowy, komunikacyjny (drogowy, kolejowy, lotniczy), komunalny (osiedlowy), mieszkaniowy (domowy). Do najpowszechniejszych i najbardziej uciążliwych źródeł hałasu należy komunikacja drogowa. Jest to spowodowane faktem, że samochód dociera praktycznie wszędzie. Poziomy dźwięku środków komunikacji drogowej są duże i wynoszą 75 90 db. Komunikacja lotnicza i kolejowa, mimo powodowania hałasów o wyższych poziomach, jest oceniana jako mniej uciążliwa niż ruch drogowy. Komunikacja lotnicza emituje na okoliczne tereny hałas o poziomie 80 110 db. Jest on najbardziej uciążliwy, a wręcz szkodliwy, lecz jego oddziaływanie dotyczy stosunkowo niewielkiej liczby ludności zamieszkałej w pobliżu lotnisk. Hałas kolejowy, z uwagi na swą cykliczność, a także na stosunkowo wysokie poziomy dźwięku, może stwarzać problemy na terenach otaczających linie kolejowe. Zakłady przemysłowe są źródłami hałasu wywołanego pracą maszyn i urządzeń. Wewnątrz hal przemysłowych hałas sięga 80 125 db i w znacznym stopniu przenosi się na tereny sąsiadujące. W sąsiedztwie zakładów przemysłowych poziomy dźwięku osiągają wartości od 50 db (mało uciążliwe) do 90 db (bardzo uciążliwe). W zbiorowiskach miejskich, oprócz hałasu komunikacyjnego, uciążliwy jest także hałas osiedlowy. Spowodowany jest on przez pracę silników samochodowych, wywożenie śmieci, dostawy do sklepów, prace zakładów usługowych, głośną muzykę radiową, wadliwe funkcjonowanie instalacji wodno kanalizacyjnych, centralnego ogrzewania, dźwigów, hydroforów, zsypów. Poziom hałasu pochodzący od instalacji i urządzeń budynku wynosi w ciągu dnia 30 40 db, a w nocy 25 30 db. Hałas może wywierać niekorzystny wpływ na zdrowie człowieka, świat zwierzęcy i roślinny. Szkodliwość hałasu zależy od jego natężenia i częstotliwości, charakteru zmian w czasie, długotrwałości działania. Szczególnie dokuczliwy jest hałas występujący w postaci pojedynczych impulsów dźwiękowych (trzask, huk) lub w postaci ciągów takich impulsów. Każdy operator maszyny lub urządzenia poddawany jest szkodliwemu oddziaływaniu hałasu podczas całego dnia pracy. Wymienione poniżej Dyrektywy Europejskie zawierają wytyczne umożliwiające ograniczenie tego wpływu poprzez narzucenie pewnych wymagań dotyczących emisji hałasu przez maszyny i urządzenia, a przez to zmniejszenie szkodliwości ich oddziaływania na pracowników, operatorów i otoczenie. 2. Co dają te badania i w jaki sposób wyniki mogą być wykorzystywane do podniesienia niezawodności i bezpieczeństwa obrabiarek Prowadzenie badań hałasu maszyn i urządzeń umożliwia ich dostosowanie do wymagań Unii Europejskiej, co pozwala na wprowadzanie ich do obrotu na rynkach całej Unii. Ma to przede wszystkim znaczenie dla polskich producentów i importerów np. agregatów prądotwórczych, którzy w ramach swojej działalności zobligowani są do pozyskania na swoje wyroby stosownych certyfikatów, uprawniających do wprowadzania maszyn i urządzeń do obrotu. Pracownicy laboratorium w trakcie badań hałasu danego urządzenia współpracują z jego producentem, pomagając w znalezieniu rozwiązań zapewniających w razie konieczności obniżenie emisji hałasu. 4
Poniżej przedstawiono przykład pomiaru poziomu ciśnienia akustycznego oraz mocy akustycznej agregatu prądotwórczego. Przykład 1. Pomiar poziomu ciśnienia akustycznego i mocy akustycznej agregatu prądotwórczego oraz kasety pomiarowe stosowane podczas pomiaru. Oprócz spełnienia samych wymagań legislacyjnych, prowadzenie ww. pomiarów umożliwia realizację zamysłu powstania stosownych przepisów - zapewnia poprawę warunków pracy i obniżenie zanieczyszczenia środowiska hałasem. Co istotne, prowadzenie samych badań i wdrażanie w życie postanowień Dyrektyw podnosi świadomość producentów i użytkowników maszyn i urządzeń o szkodliwości samego hałasu i konieczności traktowania go jako formy jednego ze współczesnych odpadów przemysłowych. Współpraca z producentami maszyn i urządzeń w zakresie doradztwa zapewniają poprawę parametrów związanych z emisją hałasu danego urządzenia, stosowanie materiałów tłumiących oraz modyfikacje konstrukcyjne w znaczący sposób obniżają zanieczyszczenie środowiska i miejsc pracy hałasem, a co za tym idzie zmniejszają ryzyko powstawania chorób zawodowych związanych z hałasem i obniżają ogólną uciążliwość hałasu. Poniżej przedstawiono przykład identyfikacji źródeł hałasu ma prototypie agregatu prądotwórczego. Przykład 2. Identyfikacja źródeł hałasu w agregacie prądotwórczym - określenie miejsc "wycieku" hałasu przez nieszczelności w obudowie. 5
3. Normy i dokumenty normatywne Dokumenty normatywne określające sposób pomiaru oraz dopuszczalny hałas do środowiska naturalnego i środowiska pracy. 1. Dyrektywa Hałasowa 2000/14/WE (EC), wraz z późniejszymi zmianami zawartymi w Dyrektywie 2005/88/WE, wdrożona do prawa polskiego Rozporządzeniem Ministra Gospodarki z dnia 21.12.2005 r. w sprawie zasadniczych wymagań dla urządzeń używanych na zewnątrz pomieszczeń w zakresie emisji hałasu do środowiska - Dz. U. z 2005 r. Nr 263, poz. 2202. Dyrektywa ta dotyczy maszyn i urządzeń używanych na zewnątrz pomieszczeń, podlegających ograniczeniu oraz oznaczeniu gwarantowanego poziomu mocy akustycznej, wyszczególnionych w załącznikach do niniejszej dyrektywy. 2. Dyrektywa Maszynowa 98/37/WE (EC), wdrożona do prawa polskiego Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 20.12.2005 r. w sprawie zasadniczych wymagań dla maszyn i elementów bezpieczeństwa - Dz. U. z 2005 r. Nr 259, poz. 2170. Dyrektywa ta określa wymagania dotyczące poziomu hałasu na stanowisku operatora, oraz informacje dotyczące emitowanej przez maszyny i urządzenia mocy akustycznej, które należy zamieścić w ich dokumentacji (paragraf 50, punkt 6.1 ww. Rozporządzenia Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 20.12.2005 r. w sprawie zasadniczych wymagań dla maszyn i elementów bezpieczeństwa - Dz. U. z 2005 r. Nr 259, poz. 2170). Wymienione powyżej dyrektywy zawierają ogólne wymagania w zakresie emisji hałasu, które muszą spełniać maszyny i urządzenia, badania prowadzone przez Laboratorium opierają się na szczegółowych wytycznych i metodologii opisanych w normach przedmiotowych konkretnych maszyn i urządzeń. W przypadku Dyrektywy Hałasowej w załączniku zamieszczono odwołania do stosownych norm przedmiotowych, opisujących sposób przeprowadzenia pomiaru (załącznik 4 do Rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 21.12.2005 r. w sprawie zasadniczych wymagań dla urządzeń używanych na zewnątrz pomieszczeń w zakresie emisji hałasu do środowiska - Dz. U. z 2005 r. Nr 263, poz. 2202). 4. Zakres prowadzonych przez Laboratorium pomiarów W ramach swojej działalności Laboratorium może prowadzić pomiary: - hałasu środowiskowego o natężeniu 0 140 db, w zakresie 20 Hz 20 khz, (poniżej przedstawiono przykład pomiaru hałasu przy drodze szybkiego ruchu) Przykład 3. Pomiar hałasu przy drodze szybkiego ruchu. 6
- hałasu maszyn i urządzeń w zakresie 0 140 db, w tym określanie mocy akustycznej maszyn i urządzeń zgodnie z wymaganiami stosownych norm i dyrektyw, w zakresie 20 Hz 20 khz, - wartości skutecznej przyspieszeń drgań miejscowych o natężeniu 0 100 m/s 2, oddziaływujących na operatorów maszyn i urządzeń, w zakresie 0,8 10 khz - umożliwiające sporządzanie zdjęć akustycznych badanych obiektów. Badania takie wspomagają np. dobór odpowiednich ekranów akustycznych, obniżających zanieczyszczenie środowiska hałasem - identyfikacja źródła pomaga w określeniu konkretnej lokalizacji ekranu, natomiast analiza częstotliwościowa ułatwia dobór materiału o odpowiednich właściwościach tłumiących. Poniżej przedstawiono przykład zastosowania na terenie przemysłowym identyfikacja dwóch źródeł dominujących w określonej częstotliwości. Przykład 4. Identyfikacja źródeł hałasu w terenie przemysłowym określenie punktów powstawania hałasu przekazywanego do środowiska celem późniejszego obniżenia ich emisyjności poprzez ewentualne zastosowanie ekranów itp. 5. Aparatura W ramach projektu pt.: Doposażenie laboratoriów Instytutu Obróbki Skrawaniem świadczących specjalistyczne usługi dla przedsiębiorców realizowanego w ramach Sektorowego Programu Operacyjnego Wzrost konkurencyjności przedsiębiorstw na lata 2004-2006, Priorytetu 1 Rozwój przedsiębiorczości i wzrost innowacyjności poprzez wzmocnienie instytucji otoczenia biznesu, Działanie 1.4 Wzmocnienie współpracy między sferą badawczo-rozwojową a gospodarką poszerzono bazę aparatury do badań hałasu maszyn i urządzeń. Zakup tej aparatury rozszerzył możliwości badań prowadzonych w Instytucie. Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania dysponuje nowoczesną aparaturą pomiarową firmy Bruel & Kjaer, zapewniającą najwyższy poziom oferowanych usług pomiarowych w zakresie pomiarów i badań hałasu i drgań. W skład zakupionej aparatury wchodzi zestaw do wykonywania pomiarów metodą Beamforming, która polega na wykonywaniu zdjęć akustycznych badanych obiektów. Przetwornikiem pomiarowym w metodzie Beamforming jest specjalna matryca (tarcza) mikrofonowa, nosząca angielską nazwę beamformer. Konstrukcja stosowana przez firmę Brüel & Kjær jest przedmiotem patentu i została nazwana Ghost-Image Free. Realizację pomiarów zapewnia dedykowane oprogramowanie współpracujące z systemem PULSE. 7
Przykład 5. Zdjęcia zestawu służącego do identyfikacji źródeł dźwięku Przetwornikiem pomiarowym w metodzie Beamforming jest specjalna matryca (tarcza) mikrofonowa, nosząca angielską nazwę beamformer. Konstrukcja stosowana przez firmę Brüel & Kjær jest przedmiotem patentu i została nazwana Ghost-Image Free. Realizację pomiarów zapewnia dedykowane oprogramowanie współpracujące z systemem PULSE. 8 Beamformer został wykonany jako koło z nastawnymi szprychami. Daje to możliwość optymalizacji ustawień matrycy w celu uzyskania jak najniższego poziomu wielkości MSL (Maximum Sidelobe Level) w szerokim zakresie częstotliwości. Optymalizacja tej wielkości umożliwia posłużenie się aplikacją także w środowiskach, które nie są akustycznie idealne. Matryca kołowa ma nieregularną
geometrię, lecz mimo to jej konstrukcja umożliwia łatwy montaż, transport i użycie. Każda ze szprych koła utrzymuje 6 mikrofonów podłączanych do 6-kanałowych modułów wejściowych za pośrednictwem pojedynczego kabla. Mimo nieregularności matrycy wszystkie przetworniki pogrupowane są w łatwe do rozpoznania logiczne jednostki. W praktycznych sytuacjach, kiedy niezbędna jest detekcja wykonanych połączeń, kalibracja i ewentualnie wykrycie usterek, jest to cenna zaleta. Oprogramowanie dla tej metody ma typ 7768 i jest aplikacją systemu PULSE (użytkowanego w Instytucie do tej pory w zakresie pomiarów poziomu ciśnienia i mocy akustycznej maszyn i urządzeń). Z istniejących dotąd modułów programowych może współpracować: typem 7761 Konsultant Akustyczny (Acoustic Test Consultant) dla akwizycji danych, typem 7767 PULSE Data Manager (wraz z MS SQL Server 2000) dla zarządzania danymi oraz typem 7752 Noise Source Identification dla prezentacji wyników. Dysponujemy także systemem opartym na platformie Pulse 10.2 firmy Bruel & Kjaer, umożliwiającym wykonywanie następujących pomiarów: - pomiary drgań miejscowych z możliwością określenia amplitudy oraz widma, - pomiary poziomu ciśnienia akustycznego, wykonywane 12-kanałowym systemem Pulse, umożliwiające również określenie mocy akustycznej badanych maszyn i urządzeń, a także określenie widma generowanego hałasu. Określone powyżej pomiary wykonywane są jako element procesu oceny zgodności maszyn i urządzeń z wymaganiami Dyrektyw Europejskich przed wprowadzeniem ich na rynek Unii Europejskiej. Współpraca z klientami już w fazie projektowo-konstrukcyjnej, w połączeniu z zastosowaniem nowoczesnej aparatury pomiarowo-diagnostycznej, umożliwiają naszym klientom zastosowanie optymalnych rozwiązań konstrukcyjnych, spełniających wymogi rynku unijnego. Zastosowanie nowoczesnej aparatury do określania źródeł hałasu Pulse Beamforming (w polu dalekim) oraz STSF (w polu bliskim) znacząco usprawniło współpracę z producentami maszyn i urządzeń, pozwalając na dokładniejszą diagnostykę ich wyrobów. Posiadamy doświadczoną kadrę pracowników, o dużej praktyce zawodowej, posiadającą bardzo dobre przygotowanie teoretyczne z zakresu hałasu i drgań. Dotychczasowa praktyka oraz doświadczenia nabyte podczas współpracy z licznymi producentami i importerami z Polski i Europy zapewniają profesjonalne podejście do zagadnień związanych z pomiarami. Zakład Certyfikacji Instytutu Zaawansowanych Technologii Wytwarzania świadczy usługi w zakresie: Oceny zgodności wyrobów z dyrektywami UE Badań typu WE (EC), także dla maszyn nie podlegających obligatoryjnie badaniom typu (WE) Wydawania certyfikatów zgodności będące podstawą do sporządzenia deklaracji zgodności WE (EC) i oznakowania wyrobów znakiem CE Asysty technicznej przy sporządzaniu deklaracji zgodności producenta, upoważnionego przedstawiciela i importera Asysty technicznej przy doprowadzaniu do zgodności Państwa wyrobu z wymogami Unii Europejskiej Kontakt : tel. 012 63 17 105, e-mail: certyfikacja@ios.krakow.pl 9