Vibro-acoustic analysis and design optimization to improve comfort and sustainability of future passenger aircraft

Due to the interest of general public and the industrial stakeholders, new challenges and demands are rising in aircraft design. The sustainability is taking its place amongst more traditional design factors, such as safety, performances and costs. Sustainability is both environmental and economic, and among the factors contributing to economic sustainability, there is also passengers' comfort. In order to win these two challenges, they must be considered in the early stages of aircraft design. In this work, the focus is on emissions generation and acoustic comfort, aiming at reducing pollution and internal noise in the preliminary design phases. These results can be achieved with both unconventional aircraft configurations and advanced materials, which also require new numerical formulations to be assessed. In this research, on one hand, the windowless configuration for a commercial aircraft is studied with traditional preliminary design methods in order to achieve a weight reduction and consequently a return in terms of emissions and costs. On the other hand, a new class of insulating materials, the acoustic metamaterials, is applied on the passenger cabin lining panels. The complex kinematic behaviour of these advanced materials is studied through the Carrera's Unified Formulation, that enhances a wide class of powerful refined shell and beam theories with a unique formulation.

Mechanical strength and thermal conductivity of low-porosity gypsum plates

The thermal conductivity and mechanical strength of gypsum and gypsum-cellulose plates made from commercial plaster by a new process have been measured. The gypsum parts made by the new process, 'novogesso', have high mechanical strength and low porosity. The gypsum strength derives from both the high aspect ratio of the gypsum crystals and the strong adhesion among them by nano-flat layers of confined water, which behaves as supercooled water. Another contribution to the strength comes from the nano-flatness of the lateral surfaces of the gypsum single crystals. The bending and compression strengths, σB and σc, of gypsum plates prepared by this new technique can be as high as 30 and 100 MPa, respectively. The way gypsum plates have been assembled as well as their low thermal conductivity allowed for the construction of a low-cost experimental house with thermal and acoustic comfort.

Levantamento das metodologias (ensaios e medições acústicas) utilizadas por entidades acreditadas: estado da arte

O ruído é, por definição, um som desagradável ou indesejável que perturba o ambiente, contribuindo para o mal-estar físico e psíquico, podendo pôr em causa a saúde do ser humano. As situações de exposição nos espaços de repouso, lazer e trabalho a valores sonoros elevados, especialmente nos meios urbanos e suburbanos, têm-se multiplicado. Por outro lado, o desenvolvimento cultural dos cidadãos, cada vez mais cientes do direito à qualidade de vida, tem originado um aumento das exigências de conforto, influenciado directamente pela qualidade dos edifícios que habitam. Através da publicação do Regulamento Geral Sobre o Ruído – RGR – (aprovado pelo Decreto Lei nº251/87 de 24 de Junho) bem como o Regulamento dos Requisitos Acústicos dos Edifícios – RRAE - (aprovado pelo Decreto Lei nº129/02 de 11 de Maio), com as devidas alterações no Decreto-lei nº96/08, de 9 de Junho, foi permitido relacionar um conjunto de disposições normativas e legais, permitindo o estabelecimento de condições para a verificação das exigências fundamentais associadas ao conforto acústico dos edifícios (integração urbanística, isolamento sonoro a sons aéreos, isolamento a sons de percussão, exposição ao ruído durante o trabalho), justificando assim a necessidade da existência de regulamentação pelo facto da saúde dos indivíduos também se encontrar relacionada ao conforto acústico. Na presente dissertação, pretende-se dar um contributo para a elaboração da avaliação e certificação do comportamento acústico de edifícios de habitação através da definição dos principais aspectos a avaliar neste processo. Para tal, foi retratado o actual estado da arte e foi feito um levantamento das metodologias utilizadas pelas entidades acreditadas para os ensaios de acústica, tendo em conta a normalização e regulamentação existente, de maneira a obter o panorama destes diagnósticos de conforto acústico para a verificação da sua conformidade com as exigências regulamentares.

Utilização de materiais anti-vibráteis e de isolamento acústico na via férrea

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Vias de Comunicação e Transportes

Affordable prefabricated modular houses using cement and polymer based materials and advanced design tools

By taking advantage of the appropriate use of cement and polymer based materials and advanced computational tools, a pre-fabricated affordable house was built in a modular system. Modular system refers to the complete structure that is built-up by assembling pre-fabricated sandwich panels composed of steel fibre reinforced self-compacting concrete (SFRSCC) outer layers that are connected by innovative glass fibre reinforced polymer (GFRP) connectors, resulting in a panel with adequate structural, acoustic, and thermal insulation properties. The modular house was prepared for a typical family of six members, but its living area can be easily increased by assembling other pre-fabricated elements. The speed of construction and the cost of the constructive elements make these houses competitive when compared to traditional solutions. In this paper the relevant research subjacent to this project (LEGOUSE) is briefly described, as well as the construction process of the built real scale prototype.

Desenvolvimento de um sistema fibroso multicamada para reabilitação de edifícios

Dissertação de mestrado Internacional em Sustentabilidade do Ambiente Construído

Spatial variability of noise level in agricultural machines

The knowledge of the spatial variability of noise levels and the build of kriging maps can help the evaluation of the salubrity of environments occupied by agricultural workers. Therefore, the objective of this research was to characterize the spatial variability of the noise level generated by four agricultural machines, using geostatistics, and to verify if the values are within the limits of human comfort. The evaluated machines were: harvester, chainsaw, brushcutter and tractor. The data were collected at the height of the operator's ear and at different distances. Through the results, it was possible to verify that the use of geostatistics, by kriging technique, made it possible to define areas with different levels for the data collected. With exception of the harvester, all of machines presented noise levels above than 85 dB (A) near to the operator, demanding the use of hearing protection.

Estudo ergonômico do posto de atividade discente em instituição de ensino superior

This research carried through an ergonomic study of the rank of learning activity of a IES, was applied a questionnaire with ergonomic pointers structuralized in scale to intervalar of semantic differential of 0 the 10, in 290 pupils with ages between 18 and 52 years distributed for 5 courses in 9 classrooms, the sample was of the simple random probabilist type. The used statistical techniques had been the descriptive analysis and the analysis of clusters through statistica software 5,0 considering p £ 0,0500. Involving the following 0 variable: Layout; Colors; Acoustics; Illumination; Temperature; Position; Didactic furniture, and Equipment. The gotten results point to consider that the layout of the rooms, the perception of acoustic comfort, the position of the pupils and the furniture of the searched classrooms had been the condicionantes that had been more distinguished negative how much to the perception of comfort of the user. The the 91,5 NPS varied of 57,9 dB(A) values above of recommended for classrooms in accordance with NBR 10152; NR 15; NR 17; It would carry nº 3214/1978, of the Ministry of the Work and searched literature. The Illumination registered interval of 139 the 966 Lux, values are of the limits of interval recommended for classrooms according to NBR 5413 and NR 17. The thermal temperature registered interval of 24° 25,9ºC; URA 41,6 79.1% and the 0.1 air speed 1,0 m/s, values above of recommended for classrooms according to NBR the 6401 and NR 17. The research still suggests that it would have associations between pains in the body the positions of the pupils and the furniture of the classrooms. The results suggest research especially add for the conditions thermal and acoustics of the classrooms

Aplicação da NR 17 em uma enfermaria de uma Santa Casa de Misericórdia: um estudo de caso

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise dos níveis de ruído produzidos pelas canetas de alta rotação nas freqüências de bandas de oitavas e as atenuações dos protetores auriculares

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação dos níveis de ruído e das soluções arquitetônicas adotadas em ambientes das unidades de urgência e emergência no município de Belém-PA

Nos grandes centros urbanos pode-se constatar que o nível de ruído é tão elevado que ameaça a integridade psicológica e física dos habitantes. Entretanto, observa-se que muito do ruído no ambiente hospitalar origina-se de dentro do hospital, tendo como uma das principais fontes geradoras de ruído nas unidades os equipamentos e a conversação entre a equipe hospitalar. A perda auditiva induzida pelo ruído (PAIR) é uma das consequências que o ruído elevado pode acarretar à saúde, entre outros danos. Assim, o ambiente hospitalar que deveria ser sereno e silencioso transforma-se em um espaço ruidoso e estressante, aumentando a ansiedade e a percepção dolorosa do paciente, reduzindo o sono e estendendo a convalescença. Objetivo: Avaliar as condições acústicas dos principais ambientes nas unidades de urgência e emergência no município de Belém, Estado do Pará, Brasil. Verificar a adequação às normas sanitárias e técnicas vigentes, com a simulação de um ambiente piloto validado com a utilização do software ODEON e apresentar soluções virtuais de condicionamento acústico. Material e Métodos: foi utilizado o equipamento Medidor de Nível Sonoro com certificado de calibração da Rede Brasileira de Calibração (RBC) para aferição dos NPS nos períodos diurno e noturno, de acordo com o estabelecido pela NBR 10.151 (2000), além da observação e identificação das fontes de ruído dos ambientes. Resultados: Os valores obtidos durante as aferições dos NPS nos ambientes do Hospital A foram de 58 dB(A) a 70 dB(A) e do Hospital B foram de 62 dB(A) a 70 dB(A). O ambiente piloto foi selecionado de acordo com os resultados e com o tempo de permanência da equipe de saúde e dos pacientes. Conclusão: foi desenvolvido o modelo computacional validado do ambiente piloto, gerando um modelo proposto com intervenções arquitetônicas visando o conforto acústico da equipe de saúde e dos pacientes. Os ambientes pesquisados não apresentaram níveis de ruído superiores a 85 dB(A), comprovando que não há risco ocupacional para as equipes de saúde. Entretanto, níveis de ruídos elevados, por mais que não causem PAIR nos trabalhadores, são responsáveis por estimular ou até mesmo por desencadear diversos sintomas que prejudicam a capacidade laborativa da equipe de saúde, além de aumentar a convalescença e prejudicar a recuperação dos pacientes.

Relationship between objective and subjective indicators in urban soundscape analysis. The case of Cordoba - Argentina

This paper presents the main results of a comparative evaluation of some acoustical parameters with the user´s perception of urban sounds. The study was carried out in three open spaces integrated with different environmental characteristics but similar objective conditions of urban noise. The subjective evaluation was done by means of a survey simultaneously with the objective measurements. The results of the crossed analysis confirmed that in environments with similar noise levels not always exists direct correlation between the objetive indicators and the acoustic comfort of the people. To predict the acustical quality of the soundscape it is necessary to consider aspects such as the background noise and the perception of natural or technological sounds as complements of the general sound level.

Optimización de la composición del hueco de fachada en materia de eficiencia energética. Propuesta de indicador como herramienta para el análisis integral del elemento acristalado = Energy performance optimization of window systems. Proposal of an indicator as a tool for an integrated analysis of glazing

La hipótesis de esta tesis es: "La optimización de la ventana considerando simultáneamente aspectos energéticos y aspectos relativos a la calidad ambiental interior (confort higrotérmico, lumínico y acústico) es compatible, siempre que se conozcan y consideren las sinergias existentes entre ellos desde las primeras fases de diseño". En la actualidad se desconocen las implicaciones de muchas de las decisiones tomadas en torno a la ventana; para que su eficiencia en relación a todos los aspectos mencionados pueda hacerse efectiva es necesaria una herramienta que aporte más información de la actualmente disponible en el proceso de diseño, permitiendo así la optimización integral, en función de las circunstancias específicas de cada proyecto. En la fase inicial de esta investigación se realiza un primer acercamiento al tema, a través del estado del arte de la ventana; analizando la normativa existente, los componentes, las prestaciones, los elementos experimentales y la investigación. Se observa que, en ocasiones, altos requisitos de eficiencia energética pueden suponer una disminución de las prestaciones del sistema en relación con la calidad ambiental interior, por lo que surge el interés por integrar al análisis energético aspectos relativos a la calidad ambiental interior, como son las prestaciones lumínicas y acústicas y la renovación de aire. En este punto se detecta la necesidad de realizar un estudio integral que incorpore los distintos aspectos y evaluar las sinergias que se dan entre las distintas prestaciones que cumple la ventana. Además, del análisis de las soluciones innovadoras y experimentales se observa la dificultad de determinar en qué medida dichas soluciones son eficientes, ya que son soluciones complejas, no caracterizadas y que no están incorporadas en las metodologías de cálculo o en las bases de datos de los programas de simulación. Por lo tanto, se plantea una segunda necesidad, generar una metodología experimental para llevar a cabo la caracterización y el análisis de la eficiencia de sistemas innovadores. Para abordar esta doble necesidad se plantea la optimización mediante una evaluación del elemento acristalado que integre la eficiencia energética y la calidad ambiental interior, combinando la investigación teórica y la investigación experimental. En el ámbito teórico, se realizan simulaciones, cálculos y recopilación de información de distintas tipologías de hueco, en relación con cada prestación de forma independiente (acústica, iluminación, ventilación). A pesar de haber partido con un enfoque integrador, resulta difícil esa integración detectándose una carencia de herramientas disponible. En el ámbito experimental se desarrolla una metodología para la evaluación del rendimiento y de aspectos ambientales de aplicación a elementos innovadores de difícil valoración mediante la metodología teórica. Esta evaluación consiste en el análisis comparativo experimental entre el elemento innovador y un elemento estándar; para llevar a cabo este análisis se han diseñado dos espacios iguales, que denominamos módulos de experimentación, en los que se han incorporado los dos sistemas; estos espacios se han monitorizado, obteniéndose datos de consumo, temperatura, iluminancia y humedad relativa. Se ha realizado una medición durante un periodo de nueve meses y se han analizado y comparado los resultados, obteniendo así el comportamiento real del sistema. Tras el análisis teórico y el experimental, y como consecuencia de esa necesidad de integrar el conocimiento existente se propone una herramienta de evaluación integral del elemento acristalado. El desarrollo de esta herramienta se realiza en base al procedimiento de diagnóstico de calidad ambiental interior (CAI) de acuerdo con la norma UNE 171330 “Calidad ambiental en interiores”, incorporando el factor de eficiencia energética. De la primera parte del proceso, la parte teórica y el estado del arte, se obtendrán los parámetros que son determinantes y los valores de referencia de dichos parámetros. En base a los parámetros relevantes obtenidos se da forma a la herramienta, que consiste en un indicador de producto para ventanas que integra todos los factores analizados y que se desarrolla según la Norma UNE 21929 “Sostenibilidad en construcción de edificios. Indicadores de sostenibilidad”. ABSTRACT The hypothesis of this thesis is: "The optimization of windows considering energy and indoor environmental quality issues simultaneously (hydrothermal comfort, lighting comfort, and acoustic comfort) is compatible, provided that the synergies between these issues are known and considered from the early stages of design ". The implications of many of the decisions made on this item are currently unclear. So that savings can be made, an effective tool is needed to provide more information during the design process than the currently available, thus enabling optimization of the system according to the specific circumstances of each project. The initial phase deals with the study from an energy efficiency point of view, performing a qualitative and quantitative analysis of commercial, innovative and experimental windows. It is observed that sometimes, high-energy efficiency requirements may mean a reduction in the system's performance in relation to user comfort and health, that's why there is an interest in performing an integrated analysis of indoor environment aspects and energy efficiency. At this point a need for a comprehensive study incorporating the different aspects is detected, to evaluate the synergies that exist between the various benefits that meet the window. Moreover, from the analysis of experimental and innovative windows, a difficulty in establishing to what extent these solutions are efficient is observed; therefore, there is a need to generate a methodology for performing the analysis of the efficiency of the systems. Therefore, a second need arises, to generate an experimental methodology to perform characterization and analysis of the efficiency of innovative systems. To address this dual need, the optimization of windows by an integrated evaluation arises, considering energy efficiency and indoor environmental quality, combining theoretical and experimental research. In the theoretical field, simulations and calculations are performed; also information about the different aspects of indoor environment (acoustics, lighting, ventilation) is gathered independently. Despite having started with an integrative approach, this integration is difficult detecting lack available tools. In the experimental field, a methodology for evaluating energy efficiency and indoor environment quality is developed, to be implemented in innovative elements which are difficult to evaluate using a theoretical methodology This evaluation is an experimental comparative analysis between an innovative element and a standard element. To carry out this analysis, two equal spaces, called experimental cells, have been designed. These cells have been monitored, obtaining consumption, temperature, luminance and relative humidity data. Measurement has been performed during nine months and results have been analyzed and compared, obtaining results of actual system behavior. To advance this optimization, windows have been studied from the point of view of energy performance and performance in relation to user comfort and health: thermal comfort, acoustic comfort, lighting comfort and air quality; proposing the development of a methodology for an integrated analysis including energy efficiency and indoor environment quality. After theoretical and experimental analysis and as a result of the need to integrate existing knowledge, a comprehensive evaluation procedure for windows is proposed. This evaluation procedure is developed according to the UNE 171330 "Indoor Environmental Quality", also incorporating energy efficiency and cost as factors to evaluate. From the first part of the research process, outstanding parameters are chosen and reference values of these parameters are set. Finally, based on the parameters obtained, an indicator is proposed as windows product indicator. The indicator integrates all factors analyzed and is developed according to ISO 21929-1:2011"Sustainability in building construction. Sustainability indicators. Part 1: Framework for the development of indicators and a core set of indicators for buildings".

Método LNEC para avaliação e classificação da qualidade acústica de edifícios habitacionais: ferramenta de estimação de custos médios de transição entre classes acústicas

O conforto acústico na habitação é essencial para permitir um repouso tranquilo e regenerativo. Este conforto é obtido principalmente pela redução do ruído e aumento do isolamento sonoro dos elementos de compartimentação. Para a qualificação deste conforto é necessário efetuar uma análise global do edifício, onde são considerados os fatores internos e externos à habitação, ou seja, considerando a acústica da envolvente (Vizinhança), do edifício (Edifício) e da fração (Habitação). Para este efeito foi produzido o “Método LNEC para avaliação e classificação da qualidade acústica de edifícios habitacionais”, o qual permite fazer uma avaliação global do conforto acústico na habitação. Este método inovador em Portugal origina uma Classe Acústica LNEC que permite representar com razoável fiabilidade o conforto acústico realmente sentido e a qualidade acústica da habitação. Este método pode ser aplicado a edifícios novos e a edifícios a reabilitar. De modo a permitir uma estimação dos custos médios necessários para transitar entre determinadas classes (e alcançar respetivo conforto acústico) é necessário possuir uma ferramenta de cálculo apropriada. Deste modo apresenta-se nesta comunicação uma ferramenta para estimar os custos de transição entre classes acústicas. Esta metodologia permite fazer escolhas mais fundamentadas nos processos de obtenção de determinado conforto acústico. Abstract The acoustic comfort in dwellings is essential to a peaceful and regenerative sleep. The achievement of this comfort is primarily obtained by reducing noise and increasing sound insulation of separating elements. To classify this comfort is necessary to conduct a comprehensive analysis of the habitation. This global analysis assesses the internal and external factors of the habitation, evaluating the acoustics of the environment (Vicinity), of the building (Building) and of the dwelling place (Lodging). Recently in Portugal was developed the “LNEC method for evaluation and acoustic quality classification of residential buildings” that allows an overall evaluation of the acoustic comfort in dwellings, resulting also in a “LNEC Acoustic Class” that portrays the real acoustic comfort sensed. Since this method can be applied to evaluate the acoustic comfort of new and of restored buildings, it is necessary a tool that gives an estimation of the needed investment to upgrade to a specific “LNEC Acoustic Class” (and achieve the respective acoustic comfort). In this communication is presented a tool that allows the estimation of that upgrade costs.