NIVELES DE PRESIÓN SONORA EN
UNA HÉLICE: MEDIDA
EXPERIMENTAL Y PREDICCIÓN
NUMÉRICA. ANÁLISIS COMPARATIVO
SOUND PRESSURE LEVELS ON A PROPELLER.
EXPERIMENTAL MEASURE AND NUMERICAL
PREDICTION. COMPARATIVE ANALYSIS
Ernesto Ibáñez Benedicto
1
Eduardo Mezquida Orti
2
Ricardo Atienza Pascual
3
1. Ingeniero Aeronaútico. Investigación en Aeroacústica. Escuela Politécnica dela
Universidad Alfonso X El Sabio. E-mail: ibanez.ernesto@gmail.com
2. Ingeniero Aeronaútico. Investigación en Aeroacústica. Escuela Politécnica de la
Universidad Alfonso X El Sabio. E-mail: emc_chip@yahoo.es
3. Doctor Ingeniero Aeronaútico. Escuela Politécnica de la Universidad Alfonso X El
Sabio. E-mail: ratiepas@uax.es
Citación sugerida:
Ibáñez Benedicto, E., Mezquida Orti, E. y Atienza Pascual, R. (2017). Niveles de presión sonora
en una hélice: medida experimental y predicción numérica. Análisis comparativo. 3C
Tecnología: glosas de innovación aplicadas a la pyme, 6(2), 65-85. DOI:
<http://dx.doi.org/10.17993/3ctecno.2017.v6n2e22.65-85/>.
Recepción: 16 de mayo de 2017
Aceptación: 12 de junio de 2017
Publicación: 14 de junio de 2017
Ernesto Ibáñez Benedicto, Eduardo Mezquida Orti y Ricardo Atienza Pascual
NIVELES DE PRESIÓN SONORA
EN UNA HÉLICE: MEDIDA EXPERIMENTAL Y PREDICCIÓN NUMÉRICA. ANÁLISIS
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RESUMEN
El presente artículo recoge la descripción y presentación de los resultados acústicos
obtenidos de una campaña de medidas en plataforma realizadas a una hélice tripala en
rotación controlada. A partir de los parámetros físicos y de las variables fluidodinámicas del
ensayo, se realizó una predicción del ruido de dicha hélice usando un código numérico
desarrollado por los autores, denominado HELyNOISE. Con dichos datos de simulación y de
los resultados experimentales se realizó una valoración y representación comparativa de los
resultados obtenidos.
ABSTRACT
This paper presents the description and presentation of the acoustic results obtained from a
set of measures in platform performed to a tripolar propeller in controlled rotation. A
prediction of the noise of such propeller was made using a numerical code developed by the
authors, called HELyNOISE from the physical parameters and the fluid dynamics variables of
the test. A comparative evaluation and representation of the obtained results was made
thanks to these simulation data and the experimental results.
PALABRAS CLAVE
Hélice, BPF, acústica, predicción, ruido.
KEY WORDS
Propeller, BPF, acoustic, prediction and noise.
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1. INTRODUCCIÓN
El ruido de origen aerodinámico producido por los rotores de aeronaves, se puede clasificar
globalmente en ruido armónico y ruido de banda ancha, según tenga o no componentes
periódicos. El ruido armónico es el dominante y el más molesto por sus características
espectrales. En este sentido, son muchos los esfuerzos que se han realizado en las últimas
décadas en conocer los procesos de generación de ruido debido a superficies aerodinámicas
móviles, así como en su predicción y en sus técnicas de minimización. Hoy en día la mayoría
de las predicciones del ruido de una hélice se basan en formulaciones integrales en el
dominio del tiempo de la ecuación de Ffowcs Williams-Hawkings
5
.
1.1. OBJETO
El objeto de este artículo es la descripción y presentación de los resultados obtenidos de la
campaña de medidas acústicas en plataforma realizadas a una hélice tripala. A partir de los
resultados en dicho ensayo, se realizó una valoración y representación de la comparativa con
los resultados arrojados por un código de predicción de ruido de hélices desarrollado por los
autores, denominado HELyNOISE.
1.2. ALCANCE
El que determinan los cálculos realizados para dicho ensayo. En este trabajo aparecen dos
conjuntos de cálculos acústicos:
Experimentales a partir de los datos de medición en plataforma.
Analíticos mediante simulación a partir del código de predicción
y la valoración y representación de ambos resultados.
1.3. ABREVIATURAS
BPF Frecuencia de Paso de pala (Blade Passing Frequency)
c Velocidad del Sonido
dB Decibelio
dB(A) Decibelio (con ponderación de frecuencia A)
L
p
Nivel de Presión Sonora
L
p
,
eq
Nivel de Presión Sonora Equivalente.
p Presión sonora
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p
0
Presión de referencia
Pa Pascal
RMS Root Mean Square
SPL Nivel de Presión Sonora (Sound Pressure Level)
1.4. ALGUNAS DEFINICIONES
SPL Se define el Nivel de Presión Sonora instantáneo:
Pap
p
tp
tL
p
20log10
0
2
0
2
10
SPL El Nivel de Presión Sonora equivalente (es un promedio energético temporal):
T
rms
eq
dttp
T
pp
p
p
L
0
222
2
0
2
10
)(
1
log10
, donde
2. METODOLOGÍA
2.1. INSTRUMENTACIÓN ACÚSTICA
Los equipos empleados en la realización de este ensayo corresponden al sistema de
adquisición acústica LAN XI del fabricante B&Kj para la medida, grabación y cálculo de los
diferentes niveles de SPL para los diferentes micrófonos, utilizando software Pulse de B&Kj.
Se resume en la Tabla 1, la instrumentación acústica básica empleada:
Tabla1. Instrumentación acústica.
Fuente: Elaboración propia.
FABRICANTE
MODELO
B&Kj
LAN XI
Canal
ruido de
fondo
Micrófono
GRAS
40AF
Preamplific.
GRAS
26AK
B&Kj
4231
B&Kj
4190
MANFROTO
-
-
-
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2.2. PLATAFORMA INFORMÁTICA Y CODIGO DE SIMULACIÓN
NUMÉRICA
Como plataforma informática donde operar el programa base del HELyNOISE se utilizó una
máquina Blade Workstation del fabricante HP, modelo xw460c y con características básicas
las siguientes:
16 cores Intel Xeon X5570 a 2,93GHz.
32G de RAM
136G de disco duro
Tarjeta de vídeo NVudua Quadro FX 3600M
El código denominado HELyNOISE, implementa la ecuación de FW-H
5
en la formulación 1A
de Farassat
4
, excepto el término de cuatripolo, predice el ruido en el campo lejano para una
hélice fija y puede considerar tanto observador fijo como móvil, admite cargas estacionarias
e impulsivas tanto analíticas como computacionales o experimentales. Este código cuenta
con un diagrama de flujo optimizado que reduzca el tiempo de ejecución y los errores
acumulados en las distintas linealizaciones y discretizaciones utilizadas.
2.3. INSTALACIÓN DE ENSAYO
La instalación de ensayo la constituyen, básicamente, la plataforma, la góndola de hélice, y
el mástil de soporte de micros. Por otra parte, la unidad acústica de captación, grabación y
análisis de datos, referidos en el punto anterior.
GÓNDOLA DE HÉLICE
Esta unidad integra de forma funcional la hélice tripala, el motor que proporciona la potencia
de giro a la caja reductora, la caja reductora para la selección y control de velocidad, así como
el freno de sobrevelocidad, ver gráfico 1. La góndola se encuentra rígidamente soportada a
la plataforma por una columna y una torre de celosía. A los efectos de este trabajo, sus
características principales son:
Hélice: de paso regulable mecánicamente y palas de aleación bimetal.
B = 3 palas
longitud pala 0.85 m
Motor: de giro axial de velocidad variable
eléctrico cc a 24 V y control electrónico
actuador freno resistivo ENABLE magnético
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Gráfico 1. Góndola de hélice.
Fuente: Elaboración propia.
MASTIL DE SOPORTE DE MICRÓFONOS
Un mástil retráctil regulable en altura y giro, eleva un brazo en voladizo al que se encuentran
anclados cuatro soportes de micrófonos. Ver gráfico 2.
Gráfico 2. Mástil de micrófonos.
Fuente: Elaboración propia.
2.4. CONFIGURACIÓN DE MEDIDAS EXPERIMENTALES
Para iniciar el giro de la hélice, se conecta el control de par (Enable ON) y se activa el motor,
subiendo progresivamente las revoluciones hasta 1200 r.p.m. condición nominal de medida.
Se deja en funcionamiento al menos 15 min. hasta que se adquieran condiciones de
regulación de giro estables.
GONDOLA
DE HELICE
MASTIL
DE
MICROS
GONDOLA
DE HELICE
MASTIL
DE
MICROS
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Gráfico 3. Hélice en rotación.
Fuente: Elaboración propia.
Antes de cada medida, tras el arranque o desconexión de equipos acústicos, se calibra la
cadena de medida con el calibrador sonoro, ver gráfico 4. De igual forma, antes de cada
medida y al final de esta campaña de medidas, se verificó la ganancia del sistema de
adquisición.
Gráfico 4. Proceso de calibración de micrófonos.
Fuente: Elaboración propia.
Para considerar una medida valida
7
, en todos los casos registrados, el SPL de fondo debería
ser inferior en al menos 3 dB frente al SPL de inmisión acústica a BPF.
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Durante cada posición de medida se registraron 5 señales procedentes de cuatro canales de
medida de micrófonos y uno de monitoreado de ruido ambiental
8,10
(ruido de fondo).
Se tomó un tiempo de medida de 30 s, registrándose las señales para un ulterior análisis. En
cuanto a las variables de muestreo y análisis FFT se configuró el software Pulse de acuerdo a
los datos del Gráfico 5.
Gráfico 5. Ventana de configuración FFT de Pulse.
Fuente: Elaboración propia.
2.5. CONFIGURACIÓN ESPACIAL DEL ENSAYO
Se pudo disponer de una plataforma de ensayo al aire libre y con condiciones de bajo ruido
de fondo, situando la torre de góndola y el mástil de sujeción de micrófonos de forma que
no interfirieran las posibles reflexiones acústicas sobre obstáculos próximos, en particular
sobre las paredes de la sala de control de equipos. Ver Gráfico 6.
Gráfico 6. Situación de equipos de ensayo en plataforma.
Fuente: Elaboración propia.
SALA DE CONTROL
TORRE DE GONDOLA
MASTIL DE MICROFONOS
METEO
SALA DE CONTROL
TORRE DE GONDOLA
MASTIL DE MICROFONOS
METEO
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POSICIÓN DE LOS MICRÓFONOS
De acuerdo con las posibilidades que permite las dimensiones de la plataforma se posicionó
el mástil alrededor de la hélice en diferentes distancias según radiales (con centro en el buje
de hélice ver gráfico 7) resultando 240 puntos de medida distribuidos de la siguiente forma:
En el plano horizontal por eje de hélice, 120 puntos de medida.
En un plano horizontal a 0.32m por encima del plano horizontal por eje de
hélice, 60 puntos de medida.
En un plano horizontal a 0.32m por debajo del plano horizontal por eje de
hélice, 60 puntos de medida.
Gráfico 7. Origen de coordenadas para posiciones de micrófonos.
Fuente: Elaboración propia.
INCERTIDUMBRE DE MEDIDA
En general, las causas que generan incertidumbre son muchas entre otras las debidas a los
siguientes errores: instrumentación, operación, cálculo aproximado, superficies del recinto,
posición y directividades de los micrófonos, y condiciones medioambientales.
En esta aplicación, al no haber cálculos intermedios, la incertidumbre de medida
6
, que pueda
participar en la Desviación Estándar de Repetibilidad, se reduce a lo expresado en la Tabla 2:
Tabla 2. Consideraciones sobre incertidumbres de la medida.
CAUSA ERROR
INCERTIDUMBRE
ESTÁNTAR
ui (dB)
DISTRIBUCION
DE
PROBABILIDA
D
COEFICIENTE
DE
SENSIBILIDAD
ci
INCERTIDU
MBREci ui
(dB)
Instrumento de medida
0.5
normal
1
0.5
Operación de las fuentes
de ruido
0.2
normal
1
0.2
Condiciones
medioambientales
0.02
normal
1
0.02
TOTAL √ [ Σ(ci ui)2 ]
normal
0.54
Fuente: Elaboración propia.
SALA DE CONTROL
TORRE DE GONDOLA
MASTIL DE MICROFONOS
METEO
SALA DE CONTROL
TORRE DE GONDOLA
MASTIL DE MICROFONOS
METEO
x
Y
Radia
l
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NOTA: La Incertidumbre Expandida de Medida, con un factor de cobertura de k = 2, resultará
U = k·u = 1.1 dB, para una probabilidad de cobertura del 95 %.
Las cifras de la tabla proceden de los Certificados Anuales de Calibración de los instrumentos y de datos estimados según ISO 3745.
.
3. RESULTADOS DE MEDIDAS EXPERIMENTALES
En la tabla 3, se incluyen los valores SPL obtenidos a un BPF para alguna de las posiciones
(x,y,z en metros) de micrófonos, SPLexp en BPF en dB.
La Frecuencia nominal de Paso de Pala (Blade Passing Frequency)
BPF=B*N/60=3*1200/60=60 Hz.
Tabla 3. Valores de SPL para coordenadas x,y,z de micrófono.
x
y
z
SPLexp a BPF
0.000
1.210
0.320
70.26
0.000
2.210
0.320
60.46
0.000
3.210
0.320
57.97
0.000
4.210
0.320
53.35
0.189
1.195
0.320
72.50
0.346
2.183
0.320
60.77
0.502
3.170
0.320
56.43
0.659
4.158
0.320
54.14
0.374
1.151
0.320
72.63
0.683
2.102
0.320
59.71
Fuente: Elaboración propia.
En el gráfico 8 adjunto, se muestra el espectro resultado del análisis acústico para el punto
de medida (0.659,4.158,0.320) obtenidos por frecuencia, entre 2 Hz y 100 Hz; y con el objeto
de identificar la tonalidad presente y el comportamiento armónico.
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Gráfico 8. Ejemplo de espectro sonoro observado.
Fuente: Elaboración propia
4. CÁLCULO DE NIVELES DE RUIDO POR SIMULACIÓN
Para realizar el cálculo de los niveles de ruido por simulación numérica se configuran los
archivos de entrada del programa HELyNOISE en consonancia a las condiciones en las que se
realiza el ensayo. Para el cálculo de las cargas de la hélice se realizado un cálculo
aerodinámico mediante CFD utilizando ANSYS-FLUENT 13. Ver gráficos 12 y 13.
4.1. CONDICIONES DE MALLADO
Para la simulación se empleó una malla no estructurada tetraédrica con una zona
estructurada alrededor de las palas. La distancia de la primera celda se ha elegido para y+ <
10. La malla consta de un total de 3.150.000 celdas. El dominio fluido es un cilindro con un
diámetro de 12 veces el radio de las palas y una longitud de 20 veces el radio de las palas.
Para la elaboración del mallado se utilizó un ANSYS-MESH. Ver detalles de mallado en gráficos
9,10 y 11.
Autospectrum(Signal 3) - Input
Working : Input : Input : FFT Analyzer
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
20
30
40
50
60
70
80
90
[Hz]
[dB/20,0u Pa] Autospectrum(Signal 3) - Input
Working : Input : Input : FFT Analyzer
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
20
30
40
50
60
70
80
90
[Hz]
[dB/20,0u Pa]
BPF
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Gráfico 9. Mallado no estructurado del volumen de control.
Fuente: Elaboración propia.
Gráfico 10. Mallado estructurado de una pala.
Fuente: Elaboración propia.
Gráfico 11. Desarrollo de mallado entre pala y volumen de control.
Fuente: Elaboración propia.
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4.2. MODELIZACIÓN FLUIDODINÁMICA
Para la simulación se han impuesto condiciones de contorno de Farfield con velocidad nula y
sobre las palas condición de pared. Se ha utilizado el modelo Scale Adaptative Simulation
(SAS) y discretizaciones de segundo orden hasta la convergencia en el parámetro de par
ejercido por las palas (aprox 7000 iteraciones).
Gráfico 12. Cargas de presión en pala (intradós).
Fuente: Elaboración propia.
Gráfico 13. Cargas de presión en pala (estrados).
Fuente: Elaboración propia.
Se calcularon los niveles SPL a BPF para las mismas posiciones x,y,z utilizadas en la medida
experimental. Para ello se utilizó el código de predicción desarrollado por los autores. En la
tabla 4 se incluyen los valores SPL obtenidos a un BPF para alguna de las posiciones (x,y,z en
metros) de micrófonos, SPLsim en BPF en dB.
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Tabla 4. SPL de predicción para algunas posiciones de micrófonos.
x
y
z
SPLsim a BPF
0.000
1.210
0.320
71.73
0.000
2.210
0.320
52.04
0.000
3.210
0.320
41.97
0.000
4.210
0.320
36.58
0.189
1.195
0.320
75.28
0.346
2.183
0.320
53.90
0.502
3.170
0.320
42.84
0.659
4.158
0.320
36.98
0.374
1.151
0.320
76.65
0.683
2.102
0.320
54.63
Fuente: Elaboración propia.
5. COMPARATIVA DE RESULTADOS
En el proceso de medida no es posible con la señal de un solo micrófono, sin aislar el ruido
procedente de la fuente sonora interés del resto de fuentes presentes. Una medida
experimental se va a considerar válida si los valores acústicos medidos superan en al menos
3 dB los valores de ruido de fondo presente, a BPF.
Para realizar una valoración objetiva de los resultados de la simulación frente a la medición
experimental válida, los valores obtenidos por simulación deben ser corregidos de acuerdo a
nivel de ruido de fondo presente en cada momento de la medida. Ver gráfico 14.
Para ello se ha utilizado un procedimiento habitual en acústica que es corregir mediante los
valores promedio de ruido de fondo. Antes y después del tren de medidas, se toma una
medida del ruido presente con la hélice sin rotación, pero con el resto de equipos activados:
trafos on, refrigeradores activados, enable on, etc. Esta medida es analizada con el mismo
setup del equipo acústico utilizado en las medidas de ruido.
Gráfico 14. Espectro de ruido de fondo.
Fuente: Elaboración propia.
Autospectrum(Signal 4) - Input
Working : Input : Input : FFT Analyzer
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
20
30
40
50
60
70
80
90
[Hz]
[dB/20,0u Pa] Autospectrum(Signal 4) - Input
Working : Input : Input : FFT Analyzer
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
20
30
40
50
60
70
80
90
[Hz]
[dB/20,0u Pa]
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Posteriormente se corrige energéticamente los valores de la simulación con el siguiente
criterio:
Si los valores acústicos medidos superan en al menos 3 dB los valores de ruido
de fondo, a BPF, entonces al valor acústico de la simulación se suma
energéticamente el ruido de fondo presente.
En el caso inverso, se considera dos casos:
o que el valor acústico de la simulación sea mayor en al menos 3 dB a los valores de
ruido de fondo, a BPF, entonces el valor acústico de la simulación se considera
representativo, no se corrige.
o que el valor acústico de la simulación sea inferior a los valores de ruido de fondo.
Este valor carece de validez de caracterización para el propósito del trabajo. Se toma
aquí el valor de referencia de la medida experimental.
A continuación, se anexan una serie de gráficos de comparativa según radiales, realizados a
partir de los datos experimentales (SPLexp) y de predicción (SPLsimcorr):
Gráfico 15. Comparativa de niveles de ruido según radial 45 grados.
Fuente: Elaboración propia.
Gráfico 16. Comparativa de niveles de ruido según radial 90 grados.
Fuente: Elaboración propia.
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ISSN: 2254 – 4143
DOI: http://dx.doi.org/10.17993/3ctecno.2017.v6n2e22.65-85
Los gráficos representan los mapas de isófonas en el plano del eje de hélice paralelo a
plataformas, realizados a partir de los experimentales (SPLexp) y de predicción (SPLsimcorr).
Gráfico 17. Mapa de isófonas obtenido por predicción.
Fuente: Elaboración propia.
Gráfico 18. Mapa de isófonas obtenido por medición.
Fuente: Elaboración propia.
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6. CONCLUSIONES
A la vista de los resultados experimentales y de simulación, se puede advertir la característica
directividad acústica de una hélice
3
, en la que existe una gran diferencia de emisión acústica
entre radiales próximos al eje de la hélice (máximo) y los del plano de hélice (mínimo). De
igual forma se observa una diferencia de presión sonora para los puntos up-wind y los down-
wind
4
.
Por otra, se detecta una asimetría acústica a ambos lados del eje de hélice, más acusada en
los valores experimentales, y que no debería existir según los resultados teóricos
4
Se han
analizado las posibles causas y entre ellas se considera como más probables la influencia de
algún tipo de reflexión acústica y la presencia de una asimetría de flujo de aire sobre la hélice,
existentes durante los ensayos, imposibles de predecir y/o eliminar con la instalación e
instrumentos de los que se disponía. En este sentido, puede ser menor esta asimetría en los
datos obtenidos por simulación, ya que aquí se puede garantizar, al menos de forma
matemática, que no existen reflexiones acústicas ni variaciones ni distorsiones en el flujo
sobre la hélice
11
.
Desde un punto de vista cuantitativo los resultados acústicos obtenidos por simulación se
ajustan espacialmente de forma correcta, coincidiendo valores máximos y mínimos en las
zonas en las que se ha podido obtener con validez datos acústicos experimentales.
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7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1-Crocker M.J. “Handbook of Acoustics”. Jonh Wiley & Sons, INC., 1998.
2-Farassat, F. “Introduction to generalized functions with applications in Aerodynamics and
Aeroacoustics”. NASA TP 3428. May. 1994.
3-Farassat, F. “Theory of noise generation from moving bodies with an application to
helicopter rotors”. NASA TR R-451. Dec. 1975.
4-Farassat, F. and Succi, G. P. “The prediction of helicopter rotor discrete frequency noise”.
Vertica, 7. 1983. pp. 309-320.
5-Ffowcs Williams, J. E. and Hawkings, D. L. “Sound generated by turbulence and surfaces in
arbitrary motion”. Philosophical Transactions of the Royal Society, Vol. A264, 1969, pp.
321-342.
6-ISO 3755. “Guide to the expresión of uncertainty in acoustic measurements”. Ginebra
1993.
7-ISO 3745 “Determination of sound power levels of noise sources using sound pressure –
Precision methods for anechoic and hemi-anechoic rooms”.Ginebra 2003.
8-Kinsler, Lawrence E., Frey, Austin R. “Fundamentals of Acoustics”. New York: John Wiley
and Sons, 2000.
9-Mueller T.J. “Aeroacoustic Measurements”. 2001.
10-Morse, Phililp M., Ingard, Uno K. “Theoretical Acoustics”. Nueva Jersey: Princenton
University, 1986.
11-Strawn, R. C., Duque, E. P. N., and Ahmad, J. “Rotorcraft aeroacoustics computations with
overset-grid CFD methods”. Journal of the American Helicopter Society, Vol. 44, No. 2,
Apr. 1999, pp. 132-140.