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FECHA Noviembre30/2006 NÚMERO RA PROGRAMA Ingeniería de Sonido AUTOR (ES) ALMANZA, Giovanni; LASCANO, Daniel TÍTULO DISEÑO, ELABORACIÓN Y MEDICION DE UN PANEL ABSORBENTE DE
SONIDO, CON MATERIALES DE DESECHO PALABRAS CLAVES Sonido, Frecuencia, Longitud de onda, Amplitud, Absorción,
Coeficiente de absorción, Materiales de desecho, Tubo de resonancia, Autoportante, Resonancia, Standing wave ratio.
DESCRIPCIÓN El tratamiento o adecuación acústico de recintos es un campo que ha avanzado
significativamente en los últimos años; considerando que actualmente se ha reconocido la necesidad de mejorar el desempeño acústico de los lugares de reproducción, composición musical y donde se requiera una respuesta acústica con características definidas. La intención del proyecto es crear un panel absorbente de sonido, abriendo una ventana a la investigación de materiales acústicos alternativos, que al implementarse para la solución de problemas acústicos, se desempeñe de forma satisfactoria, permitiendo su uso generalizado con la ventaja de tener un bajo costo y así mismo incentivar a la concientización de la preservación de los recursos naturales. El proceso para la elaboración del panel absorbente incluye una selección de sus componentes, el diseño, la implementación de un método para el proceso manufactura y la medición del coeficiente de absorción sonora.
FUENTES BIBLIOGRÁFICAS
Harris. Ciril M. Manual de medidas acústicas y control de ruido. En: Acústica. Vol. 2 (1995); p. 30,1-30,24. TIBAQUICHA BALSERO, marco; COLORADO CASTRO, Rodolfo. Estudio de las propiedades acústicas de materiales empleados en la fabricación de paneles aisladores de sonido. Trabajo de grado (ingenieros mecánicos). Universidad Nacional de Colombia, Bogota. Facultad de Ingeniería Mecánica (2002); p. 149-202. CASTAÑO REYES, Leonardo; WALTEROS SARMIENTO, oscar. Estudio de prefactibilidad técnico para el montaje de una planta recicladota en pequeña escala. Trabajo de grado (Ingenieros Químicos). Universidad Nacional de Colombia, Bogota. Facultad de Ingeniería Química (1998); p. 26-37.
INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TECNICAS Y CERTIFICACION. Papel: Acústica. Bogota: ICONTEC 1990. (NTC 2727) NEUFERRT.ERNST. El arte de proyectar en la arquitectura. En: Acústica arquitectónica. Vol. 2 (1958); PDF. Propiedades acústicas de materiales obtenidos de productos ecológicos. Lorenzana, Dolores García Vidaurrázaga, José A Álvarez Pág. 2 PDF .Absorbentes acústicos de banda ancha constituidos por materiales con fibras y celulosa .J. Pfretzschner; C. de la Colina, F. Simón. Instituto de Acústica. Pág. 2,3. Morse Philip. Vibration and sound. Segunda edición. McGrawhill 1948 Pág. 256,458 PDF. Determinación de la absorción e impedancia acústica por el tubo de impedancia. Ing. Pedro Muños. Pág. 1. Compendio practico de acústica. Pérez Miñana Manuel. Pág. 45, 88, 125, 557. Yogler Jonh. Textiles el mercado Creciente. Trabajando con desechos Pág. 9-25 0Hhttp://www.cecodes.org.co/Indicadores/tetrapak/tetrapak1.htm 1Hhttp://www.soyentrepreneur.com/pagina.hts?N=13938 http://www.ia.csic.es/Ambiental/Granza/materialesweb.htm http://promicolda.com http://www.fiberglasscolombia.com.co http://www.calorcol.com http://www.acusticaintegral.com/index1.htm http://www.iso.ch/iso/en/CatalogueDetailPage.CatalogueDetail?CSNU http://www.ia.csic.es/Ambiental/Granza/materialesweb.htm http://www.accionrse.cl/home/b_amb_tetra.html http://es.wikipedia.org/wiki/Amplitud_%28sonido%29
NÚMERO RA PROGRAMA Ingeniería de Sonido CONTENIDOS Identificación del tipo de materiales de desecho: selección de las fibras de desecho para componer el panel. Diseño del modelo estructural: determinación de las características físicas del panel. Proceso de manufactura: Elaboración del panel acústico absorbente de sonido. Medición del coeficiente de absorción: obtención de las características acústicas del panel.
NÚMERO RA PROGRAMA Ingeniería de Sonido METODOLOGÍA Tipo de Investigación: Empírico-analítica
Línea de Investigación: Tecnologías Actuales y Sociedad
Sub-línea de la facultad: procesamiento de señales digitales y/o analógicas Hipótesis: El panel acústico creado con desechos de la industria textil y vegetal ofrece absorción acústica, benéficos ambiéntales, un costo reducido y un diseño aplicable a cualquier recinto o lugar en donde se desee disminuir el tiempo de reverberación. Variables Independientes:
Ubicación de lugares óptimos para la distribución y acreditación del producto. Aceptación del producto en el mercado. Apoyo por parte de las empresas posicionadas en el mercado.
Variables Dependientes:
Optima composición del panel acústico. Buen desarrollo del diseño estructural. Mediciones realizadas de acuerdo a la normativa.
CONCLUSIONES
• Las fibras seleccionadas cumplieron con las características técnicas requeridas para crear un panel absorbente de sonido.
• El diseño del molde resulto practico para la elaboración de los paneles, sin embargo por su
tamaño se dificulta la producción industrial.
• La estructura autoportante resulta muy practica, ya que encaja 4 paneles para poder utilizarse como uno solo de mayor medida.
• En el proceso de manufactura se implementaron mejoras para obtener como resultado un panel
con la textura, rigidez y aspecto ideal.
• Los coeficientes de absorción (α ) obtenidos en la medición demuestran que el panel tiene altas características acústicas de absorción en el rango de frecuencias medidas.
• La medición del coeficiente de absorción demuestra que el proceso de investigación, fue un
éxito, en la selección de sus componentes, el diseño y elaboración.
• Con la ejecución de este proyecto se demostró que es viable producir un panel acústico absorbente de excelentes características, para su posterior industrialización y su comercialización.
DISEÑO, ELABORACIÓN Y MEDICION DE UN PANEL ABSORBENTE DE SONIDO, CON MATERIALES DE DESECHO (Desechos de la industria
textil y vegetal).
GIOVANNI ALMANZA RIVEROS
DANIEL EDUARDO LASCANO MARTINEZ
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA DE SONIDO
BOGOTÁ D.C.
2006
DISEÑO, ELABORACIÓN Y MEDICION DE UN PANEL ABSORBENTE DE SONIDO, CON MATERIALES DE DESECHO (Desechos de la industria
textil y vegetal).
GIOVANNI ALMANZA RIVEROS
DANIEL EDUARDO LASCANO MARTINEZ
Proyecto de grado
TUTORES:
ARQ. JOHAN NÚÑEZ
DOCENTE. OLGA LUCIA MORA
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA DE SONIDO
BOGOTÁ D.C.
2006
Nota de aceptación
____________________
____________________
____________________
____________________
____________________
____________________
___________________________
Firma del presidente del jurado
___________________________
Firma del jurado
__________________________
Firma del jurado
BOGOTÁ D.C. 21 de Noviembre del 2006
Dedicado a:
Nuestras familias, por su apoyo, motivación y colaboración, durante
la ejecución de este proyecto y el transcurso de la carrera; a la
Universidad, docentes y compañeros.
AGRADECIMIENTOS
A todas las personas que de alguna u otra forma se involucraron y
colaboraron para que este proyecto saliera adelante:
Arq. Johan Núñez por guiarnos y aconsejarnos.
Docente, Olga Lucia Mora, por guiarnos en la metodología.
Ing. Héctor Álvaro González, por hacer posible la medición del panel.
Ing. Luisa Fernanda Pérez, por su monitoria en la medición.
Ing. Gustavo Kikan por su colaboración en la elección de la resina.
A todas las empresas que nos brindaron información.
GLOSARIO
Amida: derivado del ácido carboxílico.
Autoportante: se llaman autoportantes aquellos productos que son
capaces de soportar todo el peso del apilamiento sin sufrir ningún
deterioro, por lo general son autoportantes los productos que van
envasados en latas, botes o botellas y todos los que por su forma y
dimensiones pueden apilarse unos encima de otros.
Aglomerado: plancha de fragmentos prensados cuya cohesión se
logra mediante un materia conglutinante y una presión adecuada
dentro delos moldes.
Atenuación: en acústica es la reducción de energía sonora al pasar
por un material. Lo materiales se clasifican por su capacidad de
prevenir que los sonidos viajen a través del material.
Biodiversidad: variedad de especies presentes en un ecosistema
determinado y sus caracteres genéticos.
Cámara reverberante: es un recinto cuyo campo sonoro interior se
pretende que se a difuso. Generalmente se logra esta condición
construyendo paredes interiores no paralelas con materiales
altamente reflectantes (que reflejen el sonido).
Coeficiente de absorción: la parte de la energía acústica incidente
que queda absorbida por una superpie o un medio a una frecuencia
determinada. El valor del coeficiente de absorción es función del
ángulo con que incide la onda sonora.
Curvas de lissajous: Uno de los métodos para medir el desfase es
utilizar el modo X-Y. Esto implica introducir una señal por el canal
vertical (generalmente el I) y la otra por el canal horizontal (el II).
(este método solo funciona de forma correcta si ambas señales son
senoidales). La forma de onda resultante en pantalla se denomina
figura de Lissajous (debido al físico francés denominado Jules Antoine
Lissajous).
Difusión sonora: existente cuando la densidad de energía es
uniforme en la región considerada y cuando todas las direcciones del
flujo de energía y todas las partes de la región son igualmente
probables.
Frecuencia: es el numero de oscilaciones de una onda acústica
senoidal ocurrida en el tiempo de un segundo. Es el equivalente a la
inversa del periodo. Comúnmente se expresa en Hz.
Fieltros: especie de paño no tejido resistente, suave y poroso, que
resulta de conglomerar borra, lana o pelo. Alfombra hecha de este
tejido.
Fibras textiles: material compuesto de filamentos susceptible de ser
usados para formar telas, bien sea mediante tejido o mediante otros
procesos físicos o químicos.
Fibras vegetales: la fibra vegetal es el componente de varios
alimentos de origen vegetal, como los cereales, frutas, verduras y
legumbres.
Materia prima: elemento básico para elaboración de un producto o
auxiliar en el mismo proceso; se obtiene directamente de la
naturaleza, minerales, madera, agua, etc.
Material acústico: material con altos coeficientes de absorción.
Poliamida: tipo de polímero que contiene enlaces de tipo amida. Se
encuentran en la naturaleza como lana o seda; o pueden ser
sintéticos como el nylon y poliéster.
Recurso renovable: aquellos recursos naturales que son capaces de
renovarse por si solos.
Reciclar: utilizare el residuo como materia prima para ser
transformado en otro producto.
Resonancia: Es el fenómeno que se produce cuando los cuerpos
vibran con la misma frecuencia, uno de los cuales se puso a vibrar al
recibir las frecuencias del otro.
Standing wave ratio: Es la relación de presión máxima a presión
mínima.
TABLA DE CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1
1.1 ANTECEDENTES 1
1.2 DESCRIPCION Y FORMULACION DEL PROBLEMA 3
1.3 JUSTIFICACION 4
1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 5
1.4.1 Objetivo General 5
1.4.2 Objetivos específicos 5
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO 6
1.5.1 Alcances 6
1.5.2 Limitaciones 7
2. MARCO DE REFERENCIA 8
2.1 MARCO CONCEPTUAL 8
2.1.1 SONIDO 8
2.1.2 Ondas sonoras 8
2.1.3 Frecuencia 8
2.1.4 Longitud de onda 9
2.1.5 Amplitud 9
2.1.5.1 El Decibelio 11
2.1.6 Absorción 11
2.1.6.1 Coeficiente de absorción acústica α 11
2.1.6.2 Materiales absorbentes 12
2.1.7 Aislamiento 12
2.1.7.1 Materiales aislantes 12
2.1.8 Cámara reverberante 12
2.1.8.1 Material reflejante 12
2.1.9 Ensayos en laboratorio 12
2.1.10 Ensayos in situ 12
2.1.11 nivel sonoro Lp 13
2.1.12 Materiales de desecho 13
2.1.12.1 Desecho 14
2.1.12.2 Manejo de desechos 14
2.1.13 Diseño estructural autoportante 14
2.1.14 Procesos de manufactura 15
2.1.15 Métodos para la medición del coeficiente de absorción 15
acústica de los materiales.
2.1.15.1 Tubo de Kundt 15
2.1.15.2 Cámara reverberante 16
2.1.15.3 Método de Mommertz y Vorlander 17
2.2 MARCO LEGAL O NORMATIVO 18
2.3 MARCO TEORICO 21
2.3.1 MATERIALES ACUSTICOS 21
2.3.1.1 Materiales Absorbentes 21
2.3.1.1.1 Estructura Porosa 22
2.3.1.1.2 Superficie 23
2.3.1.1.3 Espesor y Celdas de Aire 24
2.3.1.1.4 Aislamiento y absorción 24
2.3.2 Índices de Absorción del Sonido 26
2.3.2.1 Coeficientes de absorción del sonido 26
2.3.2.2 Variación de la Absorción con el Angulo de Incidencia 28
2.3.2.3 Coeficiente de Reducción de Ruido (NRC) 28
2.3.2.4 Efectos del Montaje Sobre los Coeficientes de Absorción 30
2.3.2.5 Influencia de la Frecuencia 32
2.3.2.6 Influencia del espesor 32
2.3.3 Materiales Absorbentes Como Aislantes Acústicos 33
2.3.4 Influencia de la Densidad 34
2.3.5 Tipos de Materiales Absorbentes 34
2.3.6Selección de Materiales Absorbentes Acústicos 35
2.3.6.1Resistencia Mecánica 36
2.3.6.2 Estabilidad Dimensional 36
2.3.6.3 Reflexión de la Luz 36
2.3.7 Ensayos in situ y en laboratorio 37
2.3.8 ENSAYOS DE ABSORCIÓN 37
2.3.8.1 Elementos a ensayar y disposición de los mismos 37
2.3.8.2 Instrumental 38
2.3.9 Método para la medición del coeficiente de absorción
del panel absorbente de sonido 38
2.3.9.1 Medida en tubo de ondas estacionarias (tubo de Kundt). 38
2.3.9.2 Función de Transferencia 40
2.3.9.3 Teoría para determinar el coeficiente de absorción 40
2.3.9.4 Teoría para determinar el coeficiente de absorción
de sonido utilizando el tubo de Impedancias. 41
2.3.10 Estudio de los materiales de desecho 43
2.3.10.1 Fibras Textiles 44
2.3.10.2 Fibras sintéticas o hechas por el hombre 45
2.3.10.3 Tipos de desechos textiles y sus usos 46
2.3.10.4 Fibras vegetales 48
3. METODOLOGÍA 50
3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN 50
3.2 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN 50
3.3 HIPÓTESIS 51
3.4 VARIABLES 51
3.4.1 Variable Independiente 51
3.4.2 Variable dependiente 52
4. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 53
5. DESARROLLO INGENIERIL 57
5.1 Identificación del tipo de materiales de desecho
para componer el panel acústico absorbente 57
5.1.1 Fibras textiles seleccionadas 59
5.1.2 Fibra vegetal seleccionada 60
5.2 Diseño del modelo estructural del panel autoportante 61
5.2.1 Construcción del Molde 62
5.2.2 Estructura Autoportante 63
5.3 Proceso de manufactura del panel absorbente de sonido 66
5.3.1 Selección de la resina para la unión de las fibras 66
5.3.2 prueba inicial para elaborar el panel 70
5.4 Ensayos para determinar el proceso de elaboración
del panel acústico absorbente. 73
5.4.1 Primer ensayo realizado con el molde definitivo. 73
5.4.2 Segundo ensayo realizado con el molde definitivo. 75
5.4.3 Elaboración del panel definitivo 77
5.5 Mediciones del coeficiente de absorción sonora
del panel acústico. 81
5.5.1 Instrumentación. 81
5.5.2 Procedimiento de Medición del Coeficiente
de Absorción 82
5.5.3 Resultados de la medición del coeficiente
de absorción (α ). 90
CONCLUSIONES 96
RECOMENDACIONES 98
BIBLIOGRAFÍA 99
ANEXOS
101
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Escala de frecuencias sonoras. 9
Figura 2. Amplitud. 10
Figura 3. Escala de niveles sonoros de presión 11
Figura 4. Sonido en una superficie. 25
Figura 5. Coeficiente de absorción α = 70 / 100 = 0,7. 27
Figura 6. Coeficiente de absorción de algunos
materiales usuales. 28
Figura 7. Variación típica del coeficiente de absorción sonora
con la frecuencia. 32
Figura 8. Efecto del espesor sobre el coeficiente de absorción
sonora en función de la frecuencia. 33
Figura 9. Tubo de Kundt (a) y perfil de presión de la
onda estacionaria formada en su interior (b). 39
Figura 10. Representación de la máxima y mínima presión
en un tubo de impedancia para ondas estacionarias. 42
LISTA DE TABLAS Y GRAFICAS
Pág. Tabla 1.Absorción de sonido. 29
Tabla 2. Coeficientes de absorción acústica de los materiales
mas corrientes. 49
Tabla 3. Características de las fibras textiles a elegir. 58
Tabla 4. Características de las fibras vegetales elegir. 59
Tabla 5. Datos obtenidos. 91-94
Tabla 6. Promediación. 95
Grafica 1. Coeficiente de Absorción (α ). 55
Grafica 2. Coeficiente de Absorción (α ). 95
INTRODUCCIÓN
El tratamiento o adecuación acústico de recintos es un campo que ha
avanzado significativamente en los últimos años; considerando que
actualmente se ha reconocido la necesidad de mejorar el desempeño
acústico de los lugares de reproducción, composición musical y donde
se requiera una respuesta acústica con características definidas.
La intención del proyecto es crear un panel absorbente de sonido,
abriendo una ventana a la investigación de materiales acústicos
alternativos, que al implementarse para la solución de problemas
acústicos, se desempeñe de forma satisfactoria, permitiendo su uso
generalizado con la ventaja de tener un bajo costo y así mismo
incentivar a la concientización de la preservación de los recursos
naturales.
El proceso para la elaboración del panel absorbente incluye una
selección de sus componentes, el diseño, la implementación de un
método para el proceso manufactura y la medición del coeficiente de
absorción sonora.
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 ANTECEDENTES
En países como Inglaterra ya se fabrican materiales acústicos hechos
con materias alternativas, en la actualidad se producen pantallas
acústicas absorbentes hechas a base de neumáticos usados (ver
anexo c), estos son derretidos y secados en un molde para que
tomen forma de bolas porosas y luego ensamblados en marcos
hechos con materias recicladas de la utilización industrial, como
textiles y madera.0F
1
En Santiago de Chile la Comisión nacional del medio ambiente está
incentivando la búsqueda de proyectos relacionados con el reciclaje.
El Tectán es uno de los materiales que se desarrollan actualmente en
este país; este aglomerado es fabricado a partir de la trituración y
prensado de los envases Tetra Pak (ver anexo B), su composición es
la misma que la de los envases originales, es decir, cartón, polietileno
y aluminio, que son aislantes térmicos y acústicos, además de gran
resistencia a la humedad. 1F
2
La tendencia mundial es la de utilizar como materias primas material
de desecho no biodegradable, ayudando a eliminar el problema de
manejo de basuras.
En España se trabaja con fibras como el fieltro entrelazadas para la
elaboración de materiales acústicos absorbentes2F
3.
1 http://www.ia.csic.es/Ambiental/Granza/materialesweb.htm 2 http://www.accionrse.cl/home/b_amb_tetra.html 3http://www.acusticaintegral.com/index1.htm
También se han realizado investigaciones acerca de las Propiedades
acústicas de materiales obtenidos de productos naturales como:
(hierba, hojas de pino, mazorcas de maíz trituradas y cáscaras de
cacahuetes). Estos materiales se prensaron para luego medirlos con
diferentes espesores, la medición fue realizada en un tubo de
impedancias 3F
4.
Otro de los proyectos realizados en este país es un velo absorbente
de banda ancha compuesto de fibras y celulosa, que resulta
competitivo frente a los materiales absorbentes más utilizados
tradicionalmente. Estos velos con una cavidad de aire proporcionan
una buena absorción acústica y no producen buenos resultados a la
hora de instalarlos sin cavidad de aire.4F
5
Ampliando lo anterior, los residuos textiles están siendo utilizados
para la elaboración de nuevos materiales alternativos. Las fibras
recuperadas y recicladas también pueden ser utilizadas en la
fabricación de rellenos aislantes, soportes para alfombras, filtros, etc.
La labor por parte de las empresas que manejan el tema en Colombia
(Fiberglass S.A, Promicolda S.A, Calorcol S.A, y Acustec LTDA) no va
mas allá de importar o rediseñar el modelo de los materiales ya
existentes en el mercado mundial (ver anexo A).
4 PDF. Propiedades acústicas de materiales obtenidos de productos ecológicos. Lorenzana Lorenzana, Dolores García Vidaurrázaga, José A Álvarez Pág. 2 5PDF .Absorbentes acústicos de banda ancha constituidos por materiales con fibras y celulosa . J. Pfretzschner; C. de la Colina, F. Simón. Instituto de Acústica. Pág. 2,3.
1.2 DESCRIPCION Y FORMULACION DEL PROBLEMA
Colombia cuenta gracias a su biodiversidad con gran cantidad de
materias primas utilizadas en la industria, generando desechos que
no son reutilizados o aprovechados para la elaboración de otros
productos, simplemente son separados de los procesos de producción
como residuos industriales, más allá de esta situación no se
aprovechan los recursos de carácter renovable afectando la
conservación de los recursos naturales. Las materias primas
utilizadas para la producción de materiales acústicos, son
contaminantes o provienen de recursos naturales como la madera, el
corcho, algodón y otros.
En las visitas realizadas a las empresas fabricantes y
comercializadoras de materiales acústicos, se hizo clara la ausencia
de procesos investigativos sobre materiales alternativos que generen
menor contaminación y que puedan ser producidos a un menor costo.
Por todo lo anterior se hace la siguiente pregunta que describa el
problema
¿Cómo diseñar, elaborar y medir un panel absorbente de sonido, con
materiales de desecho?
1.3 JUSTIFICACION
La investigación enfocada al mejoramiento del manejo de los recursos
naturales y los residuos de los procesos industriales conlleva a la
investigación de una solución a uno de los muchos problemas de
contaminación actuales; se hace necesario implementar procesos que
permitan utilizar material desechado por la industria textil y
alimenticia, disminuyendo el índice de contaminación y costos para su
producción. El diseño de un material absorbente alternativo permite
la accesibilidad a todos y promueve las investigaciones a este nivel.
Es importante buscar el reconocimiento profesional a la luz de
planteamientos efectivos a necesidades propias en áreas donde la
educación superior esta incursionado recientemente como lo es la
ingeniería de sonido.
Se presenta así una nueva e importante alternativa en le mercado
nacional que cumpla con todos los requerimientos de estandarización,
de diseño, innovación, utilidad y respaldo con la normatividad
nacional sobre el tema; adicionalmente se pretende disminuir los
costos, para ampliar los sectores de aplicación y aumentar la
demanda de tratamientos acústicos con materiales alternativos, ya
que las empresas existentes en Colombia llegan a sectores
empresariales y comerciales delimitados; por esto se busca un
producto que pueda ser aplicado y distribuido en todos los sectores
por su bajo costo y excelente desempeño.
1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.4.1 Objetivo General
• Diseñar, elaborar y medir un panel absorbente de sonido, con
materiales de desecho.
1.4.2 Objetivos específicos
• Identificar que tipo de materiales de desecho son aptos para
componer el panel.
• Diseñar un modelo estructural del panel acústico absorbente que
sea autoportante.
• Proponer un proceso de manufactura sencillo y viable.
• Realizar las mediciones del coeficiente de absorción sonora del
panel acústico.
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO
1.5.1 Alcances
Promover el estudio de la acústica en Colombia a través de la
investigación y el desarrollo de un panel acústico absorbente hecho
con materiales de desecho, de manufactura artesanal, que cumpla
con la normatividad establecida, a bajo costo y con diseño propio.
Que pueda llegar a ser implementado y distribuido por las empresas
posicionadas en el mercado.
Promover la implementación del panel absorbente para diferentes
proyectos acústicos.
Lograr una metodología para la manufactura de paneles acústicos
con materiales de desecho.
Igualmente se busca contribuir a solucionar el problema de manejo
de desechos y despilfarro de los recursos no renovables, ayudando
así a la preservación del medio ambiente.
1.5.2 Limitaciones
La falta de profesionales y empresas que se desempeñen en el
desarrollo de materiales alternativos específicos para el uso del
control acústico, conlleva a realizar una exhaustiva investigación
necesaria para desarrollar un proyecto de esta magnitud.
No tener fácil acceso a un tubo de kundt o cámara reverberante para
realizar las mediciones del coeficiente de absorción.
Obtención de la normativa debido a su elevado costo.
El difícil acceso a la bibliografía, ya que no se cuenta con libros
específicos de consulta sobre materiales acústicos absorbentes
realizados a partir de materiales de desecho.
2. MARCO DE REFERENCIA
2.1 MARCO CONCEPTUAL
2.1.1 SONIDO.
Variación de presión del aire. En términos físicos sonido es la
vibración mecánica de un medio elástico gaseoso, liquido o sólido a
través del cual se transmite la energía, de un modo continuo, desde
la fuente, por ondas sonoras progresivas.5F
6
2.1.2 Ondas sonoras.
Las ondas sonoras que viajan en el aire, son del tipo longitudinal, es
decir, que se desplazan en las misma dirección que el movimiento
que las generó. Estas poseen un llamado “frente de onda” definido
como aquel plano perpendicular a la dirección de propagación donde
las presiones, desplazamiento de partículas y cambios de densidad
instantáneos tienen la misma fase y amplitud.
2.1.3 Frecuencia.
La frecuencia de un fenómeno periódico, como una onda sonora, es el
resultado del número de veces que este fenómeno se repite a sí
mismo en un segundo (el número de ciclos por segundo).
Habitualmente la frecuencia se designa mediante un número seguido
de la unidad hertzio (símbolo de la unidad Hz). 6F
6
6Vibration and sound. Morse Philip
Figura 1. Escala de frecuencias sonoras.
PDF, Jornada criterios acústicos en diseño de centros docentes
2.1.4 Longitud de onda.
Es la distancia perpendicular entre dos fuentes de onda que tienen la
misma fase; por ejemplo: entre máximos de compresión: Esta
longitud es la misma distancia que la recorrida por la onda sonora en
un ciclo completo de vibración. 7
2.1.5 Amplitud.
En acústica la Amplitud es la cantidad de presión que ejerce la
vibración en el medio elástico (aire). Es decir, la amplitud indica la
cantidad de energía que contiene una señal sonora.
No hay que confundir amplitud con volumen o potencia acústica,
aunque lo que si que es cierto es que cuanto más fuerte suena un
sonido, mayor amplitud tiene, porque se ejerce una presión mayor en
el medio.
En definitiva, la amplitud de una onda es el valor máximo, tanto
positivo como negativo, que puede llegar a adquirir la onda sinusoide.
• El valor máximo positivo que toma la amplitud de una onda
sinusoidal recibe el nombre de "pico o cresta".
• El valor máximo negativo, "vientre o valle".
• El punto donde el valor de la onda se anula al pasar del valor
positivo al negativo, o viceversa, se conoce como “nodo”, “cero”
o “punto de equilibrio”.
Figura 2. Amplitud.
http://es.wikipedia.org/wiki/Amplitud_%28sonido%29
En sonido, normalmente, la amplitud viene definida en decibelios SPL
(dB).7F
7
7http://es.wikipedia.org/wiki/Amplitud_%28sonido%29
2.1.5.1 El Decibelio.
La escala más comúnmente utilizada en Acústica Arquitectónica es la
de decibelios de presión. En esta escala, se define el nivel sonoro Lp
como: Lp = 10 log10 (p/p0)2 , donde p0 es la presión de referencia. La
presión de referencia es tal que, a una frecuencia de 1.000 Hz, el
umbral de audición esté a 0 dB. La figura ilustra con algunos
ejemplos la escala de niveles sonoros:
Figura 3. Escala de niveles sonoros de presión.
PDF, Jornada criterios acústicos en diseño de centros docentes
2.1.6 Absorción: propiedad de un material o elemento de absorber
o no reflejar el sonido que incide sobre él.
2.1.6.1 Coeficiente de absorción acústica α: proporción de la
energía sonora incidente sobre un material o elemento que no es
reflejada por éste.
2.1.6.2 Materiales absorbentes: absorben la energía acústica de
las ondas que inciden en su superficie transformándola en calor y
reduciendo por consiguiente la energía acumulada en un recinto.
Poseen un coeficiente de absorción sonora considerable.
2.1.7 Aislamiento: propiedad de una partición o de un elemento de
construcción de limitar la cantidad de sonido que se propaga de un
lado al otro.
2.1.7.1 Materiales aislantes: impiden la propagación del sonido de
un recinto a otro.
2.1.8 cámara reverberante: sala especialmente concebida para
lograr en su interior un campo sonoro difuso. Permite, por ejemplo,
realizar medidas del coeficiente de absorción acústica α.(1)
2.1.8.1 Material reflejante: material con bajo coeficiente de
absorción acústica, esto es, que refleja gran parte del sonido
incidente.
2.1.9 Ensayos en laboratorio: ensayos de elementos de
construcción que se llevan a cabo en laboratorio, en condiciones
controladas. Permiten conocer las cualidades acústicas reales de los
elementos, sin verse influidas por el edificio en el que estén situadas.
2.1.10 ensayos in situ: ensayos que se llevan a cabo en edificios
terminados. Permiten estudiar las condiciones acústicas reales en los
edificios.
2.1.11 nivel sonoro Lp: expresión en decibelios respecto a una
presión de referencia de magnitud de las variaciones de la presión
atmosférica que forman el sonido: Lp = 10 log10 (p/p0)2 , donde p0 es
la presión de referencia, igual a 2.105 Pa. La presión de referencia es
tal que, a una frecuencia de 1.000 Hz, el umbral de audición esté a 0
dB.8F
8
2.1.12 Materiales de desecho.
Recuperar materiales de desecho del entorno ayuda a conectar con el
mundo en el que estamos inmersos. Muchos de los desechos que se
votan no son reutilizados y generan gran contaminación al medio
ambiente. Esto es un despilfarro innecesario ya que muchas de las
cosas que se tiran pueden reutilizarse o reciclarse para fabricar
nuevos productos.
No se puede vivir sin generar residuos pero sí se puede minimizar la
cantidad que se produce y ello lo demuestra la utilización de envases
de plásticos, cartones y periódicos, materia orgánica, fibras textiles
de desecho como material base para la construcción de nuevas cosas.
Con ello se pretende inculcar el afán de aprovechar las cosas como
contraposición a esta sociedad de consumo y, a la vez, aprender a
dar valor a los objetos por su posible utilidad, comprendiendo que
todo lo que nos rodea no está acabado en si mismo, que admite
modificaciones y diversos usos dependiendo siempre de la
originalidad.
8http://www.audiomidilab.com/showArticle
Al elegir materiales de desecho se tiene en cuenta que son materiales
abiertos, puesto que mantienen en sí mismos un gran número de
opciones de utilización. Estos materiales favorecen visiones múltiples
de la realidad transformando objetos desde su uso común a otros
insospechados.9
2.1.12.1 Desecho: Todo material o sustancia generada o producida
en establecimientos relacionados con diferentes sectores salud,
humana, cualquiera sea su naturaleza, destinado al desuso o al
abandono.9
2.1.12.2 Manejo de desechos: Conjunto de operaciones dirigidas a
darle a los desechos el destino más adecuado, de acuerdo con sus
características, con la finalidad de prevenir daños a la salud y al
ambiente. Comprende la recolección, almacenamiento, transporte,
caracterización, tratamiento, disposición final y cualquier otra
operación que los involucre.9F
9
2.1.13 Diseño estructural autoportante
El diseño de la estructura autoportante debe tener propiedades que
permitan su fácil instalación, movilidad, esfuerzos laterales suficientes
y terminación estética final. Todas estas características llevan a la
facilidad de aplicación del material y confiere a los paneles una
particular capacidad autoportante.
9http://www.monografias.com/trabajos19/manejo-desechos-solidos/manejo-desechos solidos.shtml#aspect
2.1.14 Procesos de manufactura
Los pasos para llegar al panel absorbente de sonido final se ven
conformados por un proceso de superposición de las fibras, estas no
están necesariamente tejidas, sino entrelazadas debido a un proceso
de prensado, o se puede recurrir a un proceso de pegado de las fibras
mediante resinas que no alteran su composición ni comportamiento
ante la incidencia del sonido; de forma que presenten resistencia al
flujo de ondas homogéneas a lo largo de toda la superficie. Estos
procesos pueden llevar una acabado exterior en fibras que presenten
mayor resistencia exterior.
2.1.15 Métodos para la medición del coeficiente de absorción
acústica de los materiales.
2.1.15.1 Tubo de Kundt
El fundamento del tubo es el siguiente: una onda plana longitudinal
cuya amplitud de presión sonora es A, procedente de oscilador de
frecuencia es enviada a lo largo del tubo mediante un altavoz situado
en un extremo del mismo. La citada onda incide sobre la muestra
cuya absorción se desea medir y esta situada en su porta probetas
colocado en el extremo opuesto del citado tubo, cuando las ondas
inciden parte de la energía sonora es absorbida y otra parte reflejada,
regresando la onda a través del tubo con una amplitud de presión b.
Como resultado del fenómeno de interferencia entre las ondas
incidente y reflejada, se forma una onda estacionaria, cuyo estudio
aporta los datos necesarios para el calculo del coeficiente de
absorción.10F
10
2.1.15.2 Cámara reverberante.
El coeficiente de absorción de un material, α, cuando se encuentra
sometido a un campo acústico bajo condiciones de incidencia
aleatoria se determina a partir de las curvas de extinción registradas
en una cámara reverberante en la que el campo acústico es
completamente difuso.
El procedimiento se encuentra normalizado, en concreto en la norma
UNE – EN 20354:1994 (correspondiente con la norma ISO
354:1985).
El procedimiento a seguir implica registrar el proceso de extinción
tras desconectar una fuente de ruido de banda ancha en el interior de
la cámara, filtrando en bandas de 1/3 de octava (o de octava);
primero sin la muestra, y luego con la muestra montada en el interior
en las condiciones más parecidas posible a las de su instalación in
situ.
Para cada banda de 1/3 de octava obtendremos la pendiente de la
curva de extinción a partir de los resultados experimentales.11F
11
10PDF. Determinación de la absorción e impedancia acústica por el tubo de impedancia. Ing. Pedro Muños. Pág. 1. 11PDF. Medida del coeficiente de absorción acústica. Universidad de Sevilla, Departamento de Física Aplicada. Pág. 1.
2.1.15.3 Método de Mommertz y Vorlander:
Este método se basa en que el sonido reflejado de manera difusa es
incoherente con respecto a la señal incidente, al contrario del sonido
reflejado de manera especular que es coherente con la misma.
Existen dos variantes del mismo. En la primera las mediciones se
hacen en ambiente anecoico. En la segunda, se hacen en un
ambiente reverberante.
En esta última se estima el valor del coeficiente de dispersión a partir
del promediado para varias posiciones del difusor de las curvas de
caída desde el estado estacionario.12F
12
12PDF. Métodos de medición. Universidad Politécnica de Valencia. Pág.3.
2.2 MARCO LEGAL O NORMATIVO
Protocolo de medición, basado en la norma (ASTM C384-98)
Método de prueba estándar para la impedancia y el coeficiente de
absorción acústico en materiales, cubre el uso del tubo de
impedancia, alternativamente llamado aparato de ondas
estacionarias, para la medición de la relación de impedancia y el
coeficiente de absorción de incidencia normal de materiales acústicos.
Procedimiento normalizado
Para la realización de este procedimiento se presentaron las
siguientes condiciones:
• Temperatura entre 21 a 24 grados centígrados.
• Realizar las pruebas en las horas de la noche, ya que el ruido
de fondo es el menor posible.
• Laboratorio sin recubrimiento contra ruido.
• No realizar pruebas cuando esta lloviendo, ya que el ruido de
fondo se incrementa demasiado.
• Verificar que la posición de la muestra sea lo mas perpendicular
posible a la dirección del tubo, para garantizar incidencia
normal.
• La muestra de material debe estar en condición de apriete
dentro del tubo.
a. Auto calibrar el osciloscopio mediante la colocación de sonda en
el punto dispuesto para este propósito en el osciloscopio.
b. Colocar la muestra de material acústico absorbente con la
ayuda del embolo en tubo de impedancia, a una distancia inicial
de 60 cm.
c. Conectar el micrófono directamente a la entrada del
osciloscopio y el generador de señales al parlante.
d. Prender el generador y regular la amplitud de la señal a la 2.5
milivoltios correspondiente a la mitad de su capacidad.
e. Prender el Osciloscopio y fijar una velocidad de barrido de 5
ms/div y una ganancia en el canal de 0.5 v/div. Aunque estos
parámetros pueden variar dependiendo del material y pueden
ser ajustados a consideración del usuario.
f. Fijar el generador de señales para producir 250 Hz. en onda
sinusoidal.
g. Fijar el osciloscopio para obtener figuras de lisayus, mediante la
activación del modo xy.
h. Localizar el tubo a una distancia de 1 cm con respecto del
parlante.
i. Posicionar el micrófono a una distancia de aproximadamente 1
mm de la superficie de la muestra.
j. Observar la figura resultante en el osciloscopio. Si la figura no
se acerca a la forma de un circulo, mover la muestra de
material dentro del tubo 0.5 cm, mediante la ayuda del embolo
retirar el embolo y repetir el paso anterior.
k. Desactivar el modo xy y el canal correspondiente al parlante.
l. Obtener del osciloscopio la lectura de la amplitud de la amplitud
onda; este es el valor correspondiente a (A+B).
m. Desplazar el micrófono hasta obtener en el osciloscopio la
primera onda con la menor amplitud; este valor corresponde a
(A-B).
n. Repetir desde el numeral (f) para frecuencias de 315, 400, 500,
630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500 Hz.
o. Realizar de nuevo el procedimiento para promediar y obtener
resultados mas confiables.
2.3 MARCO TEORICO
2.3.1 MATERIALES ACUSTICOS.
Se ha visto que las propiedades acústicas de los materiales que
constituyen un recinto acústico determinan en gran medida el
comportamiento del sonido dentro y fuera de el. Sin embargo,
cuando se trata de lograr un control del ruido con especificaciones
rigurosas, las características naturales que presentan los materiales
de construcción, revestimiento o ensamblado no son suficientes para
satisfacer tales especificaciones. En ese caso se hace necesario
recurrir a materiales y estructuras especialmente formulados o
acondicionados para tener propiedades acústicas sobresalientes.
Estos materiales se denominan materiales acústicos.
En términos generales la finalidad de los diversos materiales
acústicos es reducir la energía acústica indeseable o perjudicial y
optimizar la distribución de los sonidos útiles. Aunque un material
puede cumplir varias funciones a la vez resulta necesario establecer
las siguientes categorías:
2.3.1.1 Materiales Absorbentes. Son en general materiales
porosos con poros abiertos e interconectados. La absorción de
energía acústica se realiza por dos mecanismos:
1. la transformación de la energía acústica en energía
mecánica (a través de la elasticidad del material) y su
posterior disipación por fricciones internas del propio
material.
2. La fricción viscosa entre el aire y el material en los
intersticios comunicados de la estructura, con disipación
del calor.
Los materiales absorbentes, por su propia estructura suelen ser
livianos, y por consiguiente no son en general buenos aisladores del
sonido. A esto se le agrega el hecho de que son permeables (es decir,
que el aire puede fluir a través de ellos), lo cual contribuye al pasaje
de las ondas sonoras a través de los espacios interconectados. Estas
características tienen otra importante consecuencia, y es que el
desempeño de esos materiales, en particular su coeficiente de
absorción, depende considerablemente del tipo de montaje de los
mismos sobre las superficies a tratar acústicamente. La razón de ello
es que al ser atravesados por una fracción importante de energía, la
misma puede reflejarse sobre la superficie tratada (en general muy
reflectora) y retornar al recinto. Como ejemplo extremo, una ventana
abierta absorbe el 100% de la energía sonora incidente. Sin embargo,
la misma ventana apoyada sobre una pared cerrada de hormigón
¡reflejara el 98% de la energía recibida.13F
13
2.3.1.1.1 Estructura Porosa
Para que un material tenga la habilidad de absorber sonido de forma
apropiada debe dificultar el paso de corrientes de aire. Si la
resistencia al flujo es demasiado alta, por la baja porosidad del
material o posiblemente la total falta de intercomunicación entre
poros, la absorción del sonido es baja porque las ondas no penetran
el material.
13 Compendio practico de acústica. Pérez Miñana Manuel. Pág. 45, 88.
Si la estructura porosa es muy larga y abierta, con una baja
resistencia al flujo de aire correspondiente, la onda sonora penetra
fácilmente, pero la fricción desarrollada es relativamente baja y la
absorción también será baja. En este caso el sonido se refleja en el
material sólido inmediatamente posterior (muro, placa, teja, etc.) y
devuelve el sonido a través del material hasta el salón o espacio, con
poca pérdida de energía. Por lo tanto, materiales teniendo un alto
grado de absorción de sonido son diseñados con estructuras porosas
alcanzando el flujo de aire ideal. Podemos alcanzar este nivel
esencialmente por la densidad y espesor del material y la firmeza y
tamaño de sus fibras.
2.3.1.1.2 Superficie
Cuando éste material acústico deba quedar expuesto a la vista, como
es el caso de los cielo- rasos, es recomendable aplicarle superficies
decorativas que cumplan de una medida u otra con especificaciones
como resistencia, suavidad, durabilidad y reflectancia de la luz, entre
otras. Sin embargo la superficie debe permitir que las ondas sonoras
penetren libremente en el elemento poroso.
Las superficies que atienden esta característica son tres: La primera
es una superficie dura y reflectiva de sonido pero que contenga
aperturas (paneles metálicos) o texturas corrugadas (DURACUSTIC)
por donde penetra el sonido. El segundo tipo es aquella donde se
elabora el material acústico y luego se fisura o se perfora el mismo
(HYTONE – CELOTEX); así aún cuando la superficie esté pintada o con
textura dura, habrá absorción de sonido. Por último son aquellas
superficies de poros abiertos (SUPERACUSTICO), que a través de su
tejido permite la penetración del sonido al material acústico.
2.3.1.1.3 Espesor y Celdas de Aire
Para que el sonido pueda ser absorbido por un material poroso, es
necesario que el aire que contenga esté relativamente libre para su
movimiento en la estructura porosa. La libertad de movimiento es
esencialmente cero en la superficie que soporta el material acústico y
se incrementa al máximo en una distancia de un cuarto de expansión
de onda desde el material de superficie.
Esto indica, que desde que la onda de una frecuencia baja es mayor
que una de frecuencia alta, es necesario mayor espesor para obtener
la máxima absorción en un material expuesto a bajas frecuencias que
a las altas. Una vez reconocidos los materiales acústicos, en especial
los cielo-rasos, basados en los tres factores anteriores, la selección
de los mismos se facilita al diseñador y al constructor, generando así
un resultado acústico apropiado para cada espacio, según las
necesidades creadas.
2.3.1.1.4 Aislamiento y absorción.
Uno de los errores más frecuentes al tratar sobre acústica
arquitectónica es el de confundir aislamiento y absorción.
Hay varios efectos posibles cuando un sonido incide sobre una
partición: el sonido puede ser transmitido a la habitación contigua,
reflejado y devuelto a la habitación, o absorbido por la propia
partición, desapareciendo en forma de calor. Estas posibilidades se
muestran en la figura:
Figura 4.Sonido en una superficie
PDF, Jornada criterios acústicos en diseño de centros docentes
En la práctica, al hablar de absorción en una habitación no nos
referimos sólo al sonido que desaparece en forma de calor, sino a
todo el que no es reflejado (o sea, el absorbido más el transmitido).
Por ejemplo, materiales como la fibra de vidrio son buenos
absorbentes en altas frecuencias, pero si construyéramos un tabique
sólo con fibra de vidrio la mayor parte del sonido pasaría de una
habitación a la otra, porque la fibra de vidrio es absorbente pero no
aislante.
Un muro pesado de hormigón, por el contrario, es un buen aislante
sonoro y no permite que mucho sonido pase de un lado a otro; pero
refleja la práctica totalidad del sonido que le llega de una habitación
hacia el interior la misma, porque es aislante pero no absorbente.14F
14
14 Ibíd., p, 125, 557.
2.3.2 Índices de Absorción del Sonido
2.3.2.1 Coeficientes de absorción del sonido
El coeficiente de absorción del sonido de un material es una medida
de la propiedad absorbente del sonido del material. Es la relación
(expresada como número decimal) de la potencia sonora incidente
aleatoriamente que es absorbida o no reflejada por el material. Por
ejemplo, un coeficiente de absorción del sonido de 0.65 indica que el
65 por 100 de la energía acústica incidente que llega al material es
absorbida. El coeficiente de absorción del sonido de cada material
varia con la frecuencia. Es habitual hacer una lista de los coeficientes
de un material para seis frecuencias: 125, 250, 500, 1000, 2000,
4000 Hz.
El sonido es reflejado en una superficie igual que la luz en un espejo.
Estas reflexiones tienen efectos importantes en las cualidades
acústicas de una habitación, porque son responsables de la
reverberación, de los ecos e incluso de la propagación del sonido a lo
largo de túneles y pasillos. El control de estas reflexiones es
determinante para la calidad acústica de un recinto, porque
condiciona cualidades como la claridad, unicidad o plenitud de un
sonido.15F
15
Para controlar la reflexión del sonido debemos hacer un uso adecuado
de los materiales reflectantes (esto es, que reflejan gran parte del
sonido incidente) y absorbentes (que reflejan una pequeña parte del
sonido, y absorben el resto).
15 Manual de medidas acústicas y control de ruido. Harris, Cyril.
Se define el coeficiente de absorción acústica α de un material (o de
un elemento) como la proporción de energía sonora que es absorbida
al incidir en él:
Figura 5. Coeficiente de absorción α = 70 / 100 = 0,7
PDF, Jornada criterios acústicos en diseño de centros docentes
Coeficiente de absorción, α Es la proporción de la energía sonora
incidente que no es reflejada por la superficie. Es función de la
frecuencia.
La absorción acústica de un material depende de la frecuencia del
sonido. Podemos representar por lo tanto el coeficiente α como una
función de la frecuencia o dar un índice global. En el laboratorio
medimos α en bandas de tercio de octava.
A continuación se muestran algunos materiales con sus
correspondientes niveles de absorción:
Figura 6.Coeficiente de absorción de algunos materiales usuales.
PDF, Jornada criterios acústicos en diseño de centros docentes
2.3.2.2 Variación de la Absorción con el Angulo de Incidencia
Para una frecuencia determinada, el coeficiente de absorción de
cualquier material varía con el ángulo de incidencia de las ondas
sonoras. En un espacio cerrado, las ondas sonoras golpean los
materiales desde muchos ángulos distintos. Por esta razón, los
coeficientes publicados de los materiales comercializados suelen
medirse en una cámara reverberante de laboratorio, en la que las
ondas sonoras son casi difusas, de manera que inciden sobre la
muestra de ensayo desde muchas direcciones.
2.3.2.3 Coeficiente de Reducción de Ruido (NRC)
El coeficiente de reducción de ruido (NRC) de un material es un
numero único que es el valor medio de los coeficientes de absorción
del material a las frecuencias de 250,500,1000,2000 Hz; esta medida
se expresa como el múltiplo mas próximo de 0,05.
por ejemplo, si un material tiene los siguientes coeficientes de
absorción de sonido:
Tabla 1.Absorción de sonido
Frecuencia, Hz Coeficiente de Absorción
125
250
500
1000
2000
4000
0,07
0,26
0,70
0,99
0,99
0,98
Manual de medidas acústicas y control de ruido. Harris, Cyril.
Entonces, el coeficiente NRC de este material es:
(0,26+0,70+0,99+0,99)/4=0,75
Los coeficientes de reducción de ruido se utilizan en la especificación
de los materiales en aplicaciones de control del ruido. Sin embargo,
cuando están implicadas frecuencias bajas o muy altas, suele ser
mejor comparar los coeficientes de absorción en lugar de los
coeficientes NRC. Esto se debe a que un material puede tener un
valor NRC mas alto que otro y sin embargo tener un valor inferior de
absorción para 125 Hz, que puede ser particularmente importante en
un problema concreto de control del ruido.16F
16
16 Ibíd., p. 24.
2.3.2.4 Efectos del Montaje Sobre los Coeficientes de
Absorción
Los coeficientes de absorción del sonido de un material dependen de
cómo este montado o instalado. Por esta razón, se han establecido
distintos montajes normalizados para ensayos de medición. Cuando
se presentan los coeficientes de absorción de un material acústico, se
especifican las siguientes condiciones de montaje normalizados para
pruebas de materiales acústicos:
Montaje tipo A: tendido directamente sobre una superficie rígida
sólida, sin cámara de aire.
Montaje tipo A:
Tendido directamente
Sobre una superficie
Montaje tipo B: Con puntos de conexión sobre un tablero de escayola
con una cámara de aire de 20mm (1/8 in).
Montaje tipo B: pegado
a un tablero de escayola
Montaje tipo D-20: Clavado a tablas de madera de 20 por 40 mm
(3/4 por ½) unidas a la superficie rígida.
Montaje tipo D-20
clavado a tablas de
madera de 20 por 40mm (3/4 ∞ 1/2)
Montaje tipo E-400: Sujeto a un sistema metálico de suspensión, con
400 mm (16 in) de cámara de aire.
Montaje tipo E-400:
Suspendido con 400mm(16in) de
Cámara de aire
Pueden usarse otras condiciones de montaje normalizadas
especificadas por la American Society for Testing and Materials
(ASTM) en la norma E-795.17F
17
17 Compendio practico de acústica. Pérez Miñana Manuel. Pág. 558,559.
2.3.2.5 Influencia de la Frecuencia
Para un material de composición, textura y geometría dados, el
coeficiente de absorción sonora depende fuertemente de la
frecuencia. Ello se debe entre otras cosas a la relación entre la
efectividad de la disipación de energía sonora en forma de calor y la
proporción de la longitud de onda sobre la que actúa el material. En
general la absorción aumenta con la frecuencia.
Figura 7. Variación típica del coeficiente de absorción sonora con la frecuencia.
Compendio practico de acústica.
2.3.2.6 Influencia del espesor
La energía de una onda sonora que incide sobre este tipo de material
se reduce exponencialmente con la distancia de penetración, o lo que
es lo mismo el nivel de presión sonora en decibelios (dB) se reduce
linealmente con el espesor de la muestra.
En el caso ideal de un material absorbente de espesor infinito, la
absorción sonora seria función exclusivamente de la relación entre las
impedancias acústicas especificas del aire y del material.
Para un buen material absorbente formado en su mayor parte por
aire (como la lana de vidrio o la espuma de poliuretano),estas
impedancias acústicas no son muy diferentes y por lo tanto el
coeficiente de absorción sonora seria muy alto, ó, lo que es lo mismo,
la energía reflejada seria muy pequeña. 18F
18
Figura 8. Efecto del espesor sobre el coeficiente de absorción sonora en función de
la frecuencia.
Compendio practico de acústica.
2.3.3 Materiales Absorbentes Como Aislantes Acústicos
Se puede presentar confusiones habitualmente y es la cuestión de si
es posible aislar dos recintos vecinos mediante material absorbente.
En los estudios de propagación del sonido y por medio de la
experimentación y la practica se ha llegado a las siguientes
conclusiones:
a) Un material absorbente en general no sirve como aislante
acústico.
18 Compendio practico de acústica. Pérez Miñana Manuel. Pág. 89,90.
b) Si se deseara que funcione como aislante se requeriría un
espesor excesivo.
c) Como aislador se comporta mejor que si respondiera a la ley de
la masa, pero sucede que por su estructura altamente porosa
es demasiado liviano para aprovechar esta cualidad.
d) En cambio en un material rígido y de alta densidad hay poca
perdida por fricción interna por lo que la energía que no se
transmite es reflejada, volviéndose un absorbente pobre.
2.3.4 Influencia de la Densidad
Para densidades muy bajas la absorción es pequeña. Mientras la
densidad se mantenga por debajo de unos 100 Kg/m3, al aumentar la
densidad aumenta el coeficiente de absorción sonora. Por encima de
dicho valor las fibras están muy aprisionadas, lo cual hace que la
resistencia al flujo sea tan alta como para obstruir la propagación de
las ondas sonoras por los intersticios, de modo que el coeficiente de
absorción sonora vuelve a disminuir. En este caso el material va
perdiendo su porosidad para transformarse en casi rígido y
homogéneo, de allí que deje de ser un buen absorbente.
2.3.5 Tipos de Materiales Absorbentes
Se diseñan especialmente para permitir absorber importantes
proporciones de energía acústica.
Entre estos se encuentran las fibras de vidrio o lana de vidrio y la
lana mineral (obtenida por solado de escoria fundida), que dotadas
de mayor o menor densidad por medio de resinas aglomerantes
permiten diversos grados de absorción.
Se fabrican en forma de fieltros o de paneles semirigidos, que
requieren alguna estructura auxiliar para sostenerlos, y en forma de
paredes autoportantes. Luego están las espumas polimeras de células
abiertas, como el poliuretano (polieter y poliéster), la polimida y la
melamina. Por ser compuestos orgánicos estas espumas son
sensibles en menor o mayor grado a la llama. Estas espumas se
fabrican con relieves en forma de cuñas anecoicas. Este relieve
permite incrementar considerablemente la absorción (reduciendo
además la cantidad de material), ya que la superficie equivalente se
multiplica por tres o más. 19F
19
2.3.6 Selección de Materiales Absorbentes Acústicos
Además de la absorción del sonido, hay que tener en cuenta otras
propiedades o consideraciones al seleccionar un material acústico
incluyendo:
• Propagación y resistencia al fuego
• resistencia mecánica, resistencia al uso
• Estabilidad dimensional
• Reflactancia de la luz
• Atenuación del sonido
• Mantenimiento limpieza y posibilidad de ser pintado
19 Ibid., p. 126.
• Apariencia
• Costo
• Facilidad de instalación, Método de montaje
• Disponibilidad de espacio para instalación acústica
• Peso de la instalación acústica
• Compatibilidad con otros materiales y componentes
2.3.6.1 Resistencia Mecánica
La resistencia mecánica de la mayoría de los materiales acústicos es
relativamente baja (se dañan fácilmente con los golpes).
2.3.6.2 Estabilidad Dimensional
Se dice que un material acústico es dimensionalmente estable si sus
dimensiones físicas no cambian significativamente con los cambios en
humedad y temperatura
2.3.6.3 Reflexión de la Luz
La reflexión de la luz de un material es una medida de su capacidad
para reflejar la luz sobre su superficie. La reflectancia de la luz puede
expresarse como una fracción decimal de la luz incidente que es
reflejada sobre la superficie del material.
Para mantener alto el valor de reflexión del a luz del material acústico
del techo su exterior a de ser lavable y poder pintarse.
2.3.7 Ensayos in situ y en laboratorio.
El objetivo final de la Acústica Arquitectónica es el control del ruido
que soportan las personas en el interior de los edificios. Por lo tanto,
parece lógico controlar los parámetros acústicos de los edificios ya
construidos. Para ello se llevan a cabo ensayos in situ, esto es, en
edificios terminados. Pero debemos intentar prevenir los problemas,
no sólo detectarlos cuando ya es demasiado tarde.
Para prever los resultados que obtendremos con el uso de una
determinada solución constructiva, hay que conocer bien el
comportamiento de la misma. Sin embargo, en los ensayos in situ los
resultados se ven siempre influidos por el conjunto del edificio, y no
podemos aislar los efectos de unas partes y otras. Por ello son
también necesarios ensayos en laboratorio, que nos permiten
estudiar cada elemento aisladamente.20F
20
2.3.8 ENSAYOS DE ABSORCIÓN.
2.3.8.1 Elementos a ensayar y disposición de los mismos.
Cualquier material o elemento es en principio susceptible de ser
ensayado para conocer su capacidad absorbente acústica. En la
práctica, los estudios se limitan a los que afectan a las condiciones
acústicas de nuestro “entorno construido”: falsos techos, paneles
absorbentes, materiales porosos, asientos, cortinas, incluso personas.
20 Compendio practico de acústica. Pérez Miñana Manuel. Pág. 557.
2.3.8.2 Instrumental.
• El instrumental es crítico para la calidad de las medidas, porque
en él leemos los resultados. Los equipos del laboratorio deben
respetar el grado de precisión indicado en las normativas de
medida, y sufrir el mantenimiento y el plan de calibraciones que
garanticen su trazabilidad. por la norma ISO 10534-2
2.3.9 Método para la medición del coeficiente de absorción del
panel absorbente de sonido
Existen distintos métodos para realizar la medición del coeficiente de
absorción acústica de un material. Dos de los mas conocidos son: el
método de cámara reverberante y el método del tubo de impedancia.
2.3.9.1 Medida en tubo de ondas estacionarias (tubo
Impedancias).
El método está también normalizado en la norma europea-
internacional EN-ISO 10534-1: “Determination of sound absorption
coefficient and impedance in impedance tubes. Part 1: Method using
standing wave ratio”. (Método de ondas estacionarias).
El equipo de medida consiste en un tubo rígido, uno de cuyos
extremos se cierra con la muestra del material a ensayar; el otro
extremo está equipado con un altavoz para generar ondas armónicas
planas (tonos puros).
Una sonda, que puede desplazarse por su interior, capta la presión
acústica en diferentes posiciones del eje del tubo y la transmite hasta
el micrófono móvil conectado al sistema de análisis capaz de medir
esta presión. El diámetro del tubo D debe de ser pequeño comparado
con la longitud de onda del sonido. En concreto, se debe verificar
que:
Figura 9. Tubo de Kundt (a) y perfil de presión de la onda estacionaria formada en su
interior (b).
PDF, medida del coeficiente de absorción acústica.
D<λ/1.71
Así aseguramos que no se propagan ondas transversales en el mismo
y que los frentes de onda son planos e inciden normalmente sobre la
muestra. Estas ondas son parcialmente reflejadas por la muestra y
viajan a lo largo del tubo hacia el altavoz. De esta forma se establece
en el mismo un sistema de ondas estacionarias, tal como el mostrado
en la fig. 21F
21
21 Medida del coeficiente de absorción acústica. Departamento de física aplicada. Pág. 2.
2.3.9.2 Función de Transferencia
Una segunda técnica que esta avalada por la norma ISO 10534-2,
Determination of sound absorption coefficient and impedance in
impedance tubes - Part 2: Transfer-function method. (Método de
función de transferencia) es aplicable a un tubo de impedancias. Este
método considera como fuente de excitación un ruido blanco; este
dispositivo permite medir el coeficiente de absorción de un material
acústico partiendo de un tubo de onda plana conectado a un sistema
encargado de captar y procesar la información generada dentro del
tubo, proceso efectuado mediante la función de transferencia para
después producir los resultados de forma inmediata o mediante post
procesamiento. La función de transferencia da la posibilidad de
caracterizar el comportamiento de un sistema en forma compleja y
en dominio de la frecuencia.22F
22
2.3.9.3 Teoría para determinar el coeficiente de absorción de
sonido.
La energía total que choca contra una pared, una parte se refleja,
otra parte, es absorbida en la propia pared y la otra parte,
transmitida al espacio detrás de la pared. Dividiendo éstos, los
fragmentos de energía son:
El coeficiente de reflexión de energía |r|2
El coeficiente de absorción α
El coeficiente de transmisión de energía | t |2
22 AES. Information document. Plane wave tubes, design and practice.
Y aplicando conservación de energía se tiene:
(1)
Suponga una onda plana armónica que choca en dirección normal
sobre una superficie. La onda plana viajera será reflejada con una
disminución de intensidad debido a la absorción del material. Si la
presión de la onda de sonido incidente y reflejada son llamadas Pi y
Pr respectivamente, y el coeficiente de reflexión r a un punto, es
definido por la ecuación:
(2)
Las intensidades de las dos ondas son proporcionales a |Pi|2 y |Pr|2,
el coeficiente de reflexión de energía es:
(3( (3)
si el fragmento de energía que traspasa la muestra es muy pequeña
(despreciable) comparada con la absorbida, entonces el coeficiente de
absorción de energía es obviamente representada por la ecuación23F
23:
(4)
2.3.9.4Teoría para determinar el coeficiente de absorción de
sonido utilizando el tubo de Impedancias.
Si alguna parte de la energía incidente es absorbida por la muestra,
las ondas incidente y reflejada tendrán diferentes amplitudes; y los
nodos en un tubo no muy largo tienen presión cero.
23 http://www.gmi.edu/%7Edrussell/GMI-Acoustics/Absorption.html
Las amplitudes de presión en los nodos y antinodos son medidas con
un micrófono, el cual se desliza a lo largo del tubo y su posición es
determinada por una regla graduada paralela al tubo.
La amplitud en un antinodo de presión (máxima presión) es (A+B), y
la amplitud en un nodo de presión (mínima presión) es (A-B), las
cuales se muestran en la figura. No es posible medir A o B
directamente pero se puede medir (A+B) y (A-B), esto se logra al
resonar la onda en el tubo, formándose de esta manera ondas
estacionarias. Se puede definir la relación de presión máxima a
presión mínima como SWR (standing wave ratio), mediante la
ecuación:
BABASWR
−+
= (5)
Figura 10. Representación de la máxima y mínima presión en un tubo de impedancia para ondas estacionarias
Protocolo de medición.
La ecuación (1) puede ser manipulada para determinar el coeficiente
de reflexión de la potencia del sonido, expresada mediante la
siguiente ecuación:
11
+−
==SWRSWR
ABR (6)
La energía reflejada es proporcional al cuadrado de las relaciones de
amplitud de las ondas, por lo tanto, el coeficiente de absorción del
sonido de la potencia del sonido (α ) de la muestra a una frecuencia
dada esta dado por la ecuación24F
24:
( )( )2
22
111
+−
=−=SWRSWRRα (7)
2.3.10 Estudio de los materiales de desecho
El estudio sobre materiales de desecho que puedan servir para la
elaboración de un panel acústico absorbente, han llevado a
profundizar sobre las características de absorción optimas que
algunos de estos materiales de desecho poseen. En este sentido se
pensó en la posibilidad de utilizar Residuos textiles y residuo de fibras
vegetales.
Muchos de estos residuos de fibras (textiles y vegetales) no son
reutilizados y generan contaminación al medio ambiente ya que son
llevados hacia los vertederos, donde se acumulan en grandes
cantidades.
24 http://www.gmi.edu/%7Edrussell/GMI-Acoustics/Absorption.html
Este tipo de materiales de desecho tienen una ventaja significativa ya
que se consiguen en abundancia y su valor comercial es mínimo.
Los materiales de desecho de fibras textiles y vegetales
seleccionados fueron definidos según su capacidad de absorción de
sonido, Costo, Apariencia y durabilidad.
Dentro de los antecedentes de países industrializados, ya se han
creado materiales alternativos que tienen como materia prima fibras
textiles de otras características pero que conservan el principio de
estas.
Esto conlleva a la elección de fibras textiles provenientes de
desechos de fabricas productoras de telas, ropa, trapos etc, los
cuales desechan esta parte de los tejidos ya sea por calidad, color,
talla; en gran cantidad.
Otro componente para la elaboración del panel son las fibras
vegetales que abundan y ofrecen grandes beneficios por su
durabilidad y capacidad de absorción25F
25, esta fibras se pretenden
utilizar en el panel autoportante para darle un acabado con diseño
artesanal.
2.3.10.1 Fibras Textiles
Estas son objetos flexibles, como cabellos, de diámetro muy pequeño
en proporción a su longitud, la cual puede variar de un centímetro a
más de sesenta centímetros. Vienen de diversas fuentes; las mas
importantes son:
25 Tabla DIM 52216 Coeficiente de absorción de materiales corrientes
Fibras naturales que se encuentran en la naturaleza:
1. fibras Vegetales
- algodón, para hacer telas de algodón
- fibra de lino, para fabricar lino, una tela muy fina.
- Yute, cáñamo para hacer sacos, cuerdas refuerzos para
tapetes.
2. Fibras Animales
- Lana de ovejas, para hacer telas de lana y para tejer.
- Lanas especiales, como alpaca y mohair, para las mejores
telas de lana
- Seda, para fabricar la mas fina de las telas naturales.
- Cerda, normalmente mas corto que la lana y usado
principalmente como relleno.
3. Fibras Minerales
- Asbestos, utilizados para prevención de incendios.
2.3.10.2 Fibras sintéticas o hechas por el hombre
Nylon, rayón, acetato, acrílico, poliéster y otros tipos que se utilizan
para fabricar telas. Estas usan una variedad de materias primas, pero
principalmente el petróleo y la celulosa.
La hilaza es un manojo continuo de fibras, el cual se hace hilándolas,
bien sea a mano o a maquina. El tipo y calidad de la fibra se
determina en parte por la naturaleza de la fibra utilizada y en parte
por la manera como ha sido hilada.
Las fibras, las hilazas, las telas y los trajes se conocen como textiles;
todos comienzan como fibra y los procesos básicos de reciclaje de
textiles consisten en convertirlos de nuevo en fibra. En cada etapa
de la manufactura de textiles, se crean desechos, los cuales se
pueden recolectar y reciclar. 26F
26
2.3.10.3 Tipos de desechos textiles y sus usos
Desechos de cardadura. La cardadura es una de las primeras
operaciones en la fibra cruda natural. Se pasan por cepillos de
alambre (las cardas) a través de la fibra para desenredar los nudos,
remover cuerpos extraños tales como nudos, madera, polvo, y se
coloca la fibra en un manojo uniforme. El material removido durante
el proceso de cardar también contiene algunas fibras cortas, las
cuales sirven de relleno de almohadas, colchones, cojines, juguetes
para niños y muebles.
Desechos de cardador o “borra de peinadora”. El paño de pura lana,
que se utiliza para trajes de hombre, se hila con una fibra que ha sido
peinada paralelamente. Solamente las fibras largas sirven: las cortas
no sirven y se remueven durante el cardado.
26 Textiles el mercado Creciente. Yogler Jonh.
Se llama “borra de peinadora” y se usa para hilar madejas de lana,
en las que no importa la dirección de las fibras. En la industria se
negocia la compra y venta de la borra.
Desechos del acabado. Se puede cortar la tela para lograr un acabado
parejo, esto deja unos pedazos muy cortos de fibra; son uniformes,
suaves y libres de cuerpos extraños que se encuentran en los
desechos del cardado. Sirven para rellenar las almohadas y los
colchones mas suaves.
Los desechos duros. Son piezas de hilazas de las operaciones de
hilado y tejido. Antes de ser hiladas de nuevo debe removerse el
retorcido con una máquina que tiene rodillos y cilindros cubiertos con
dientes en forma de serrucho, los cuales separan la fibra y la estiran.
El material tejido solo se desperdicia cuando:
a. el color de la tela en el telar se cambia, pero el patrón sigue
siendo el mismo.
b. Las muestras de los vendedores se descartan cuando termina la
producción de un patrón determinado.
c. La tela puede estar defectuosa como resultado de un error o
daño en la maquinaria. Este tipo de desecho textil se puede
conseguir a un precio muy comercial.
Los retazos de ropa. Conocidos como retazos de sastrería o trapos
nuevos, son pequeñas tiras o triángulos que sobran cuando un sastre
corta el patrón de una pieza de tela.
De ahí pueden resultar retazos en buena cantidad, de fibra conocida y
aún del mismo color. Este puede ser un material de desecho muy
valioso si existe en el mercado.
Los trapos viejos. Tales como ropa usada, cobijas y ropa de camas,
con frecuencia se botan. Son inferiores a los trapos nuevos porque
pueden venir en distintos tipos de tela y fibras, combinados con no-
textiles y pueden tener botones, hebillas, cierres y pueden estar
sucios. Sin embargo se presentan en grandes cantidades en algunos
países y contienen gran cantidad de tela.27F
27
2.3.10.4 Fibras Vegetales
Las fibras vegetales son principalmente de celulosa, que, a diferencia
de las proteínas de las fibras de origen animal, es resistente a los
álcalis. Estas fibras son asimismo resistentes a la mayoría de los
ácidos orgánicos, pero los ácidos minerales fuertes las destruyen. La
utilización incorrecta de la mayoría de los blanqueadores puede
debilitar o destruir estas fibras. Las fibras de origen vegetal tienen
muchas aplicaciones en la industria del papel. El algodón y el lino son
la base de algunos papeles rugosos de calidad, mientras que las
gramíneas, el cáñamo, el yute y el cáñamo de Manila se utilizan para
fabricar papeles de embalaje y otros de menor calidad. El papel de los
periódicos y el papel de tipo kraft se fabrican con fibra de madera
tratada químicamente. Con fibra de madera y bagazo (la fibra de la
caña de azúcar), y mediante un proceso similar al de la fabricación
del papel, se obtienen tableros para la construcción.
27 Textiles el mercado Creciente. Yogler Jonh.
La industria textil utiliza fibra de coco para elaborar hilos, redes de
pesca, así como relleno para colchones y sillones. A continuación se
mencionan los usos de algunas fibras vegetales:
- algodón, para hacer telas de algodón
- fibra de lino, para fabricar lino, una tela muy fina.
- Yute, cáñamo para hacer sacos, cuerdas refuerzos para
tapetes.
A continuación se muestra una tabla de las propiedades de absorción
acústica de algunos materiales fabricados con fibras vegetales
medidos según la norma DIM- 52216:
Tabla 2. Coeficientes de absorción acústica de los materiales mas corrientes
El arte de proyectar en la arquitectura.
3. METODOLOGÍA
3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN
Esta investigación tiene un enfoque empírico analítico, debido a que
se basa en la extracción de datos, análisis y su interpretación. Por
otro lado con base en esta interpretación se realizan pruebas para
obtener los resultados deseados.
3.2 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN
Tecnologías Actuales y Sociedad
La sociedad requiere de conocimientos técnicos y científicos de
vanguardia que ayuden a la solución de problemas o faciliten los
procesos de mejoramiento de la calidad de vida de las personas que
pertenecen a un grupo social determinado. Por ello, se hace necesaria
la actualización constante de los conocimientos tecnológicos en
diferentes áreas como informática, comunicaciones, control, etc., con
el fin de poder efectuar las aplicaciones y adaptaciones requeridas en
la solución de los problemas y en la satisfacción de las necesidades
de la sociedad.
SUBLÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE LA FACULTAD
Procesamiento de señales digitales y/o analógicas
El campo de interés de la sublínea de trabajo es la detección y
análisis el cual permita verificar el comportamiento de una señal en
diferentes medios y superficies.
CAMPOS DE INVESTIGACION DE LA INGENIERIA DE SONIDO
Campo de acústica
Los conocimientos en acústica física se hacen necesarios para analizar
la propagación del sonido, y así poder obtener parámetros
determinados o cuando se pretenda alterar el comportamiento
acústico de un recinto. Conocer el comportamiento de los materiales
frente a una onda incidente es importante para predecir que
variaciones va a tener el recinto, o que material es el indicado para
lograr tiempos precisos de repuesta acústica; la medición de
coeficiente de absorción de un material se logra teniendo el
conocimiento de métodos utilizados para la obtención de este valor.
3.3 HIPÓTESIS
El panel acústico creado con desechos de la industria textil y vegetal
ofrece absorción acústica, benéficos ambiéntales, un costo reducido y
un diseño aplicable a cualquier recinto o lugar en donde se desee
disminuir el tiempo de reverberación.
3.4 VARIABLES
3.4.1 Variable Independiente
Ubicación de lugares óptimos para la distribución y
acreditación del producto.
Aceptación del producto en el mercado.
Apoyo por parte de las empresas posicionadas en el mercado.
3.4.2 Variable dependiente
Optima composición del panel acústico.
Buen desarrollo del diseño estructural.
Mediciones realizadas de acuerdo a la normativa.
4. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS El producto final de este proyecto fue la creación de un panel
absorbente de sonido elaborado con materiales de desecho, que
ofrece un excelente coeficiente de absorción el cual es el resultado de
una ardua investigación sobre materiales para su composición,
resinas de pegado, y la creación de un proceso de fabricación; que
llevo a la elaboración de un material alternativo de optimo
desempeño.
En el proceso de investigación se estudiaron varios tipos de fibras
textiles y vegetales, donde se observaron las características físicas y
técnicas. Estas fibras se compararon de acuerdo con las propiedades
que se requieren para la composición del panel absorbente. El
resultado de este proceso fue la selección de la fibra de poliéster que
presenta excelentes características de absorción y durabilidad; y la
fibra de coco componente que posee buena respuesta en frecuencias
bajas y le da rigidez al panel.
Al tener seleccionadas las fibras se realizaron estudios y pruebas
sobre resinas de pegado que no alteraran las características de las
fibras y que le proporcionaran buen desempeño y estructura al panel.
Teniendo los componentes se busco el método de elaboración, por
medio de pruebas y análisis, que diera como resultado un panel
uniforme, compacto y con características absorbentes.
Teniendo un panel como se esperaba se realizo la medición para
comprobar el éxito de la investigación realizada y obtener el
coeficiente de absorción(α ).
Imágenes del Panel
Esta investigación deja como resultado un panel autoportante de las
siguientes características:
Características Técnicas.
• Material: Elaborado con fibras de poliéster y coco.
• Comportamiento: Absorbente puro.
• Placas: 40 x 40 cm.
• Espesor: 2.5 cm
• No putrefactible
• Totalmente reciclable.
• Aspecto exterior totalmente agradable.
• Peso = 275 gr.
Características Acústicas.
Esta grafica muestra la variación del coeficiente de absorción acústica
(α ) del panel, en función de la frecuencia:
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
250 500 1000 2000 4000
Frecuencias (Hz)
Co
efi
cien
te d
e a
bso
rció
n (α
)
Grafica 1. Coeficiente de Absorción (α )
• Para la frecuencia de 250Hz el coeficiente de absorción (α ) es
de 0.772, indicando alta absorción en frecuencias bajas.
• En la frecuencia de 500Hz, el coeficiente de absorción (α ) es de
0.935; Esta frecuencia es la que presenta el valor máximo de
absorción. Es importante resaltar el control en esta frecuencia
que se logra con la unión de las dos fibras (poliéster y coco).
• La frecuencia de 1000Hz, tiene un coeficiente de absorción (α )
de 0.874, Esta frecuencia es importante para la percepción
auditiva logrando un buen comportamiento en frecuencias
medias.
• La frecuencia de 2000Hz, tiene un coeficiente de absorción (α )
de 0.805. Se sigue evidenciando un buen comportamiento y
control de atenuación para esta frecuencia.
• La frecuencia de 4000Hz, tiene un coeficiente de absorción (α )
de 0.782. Se observo que el comportamiento es constante y
notable en altas frecuencias.
En la medición del coeficiente de absorción observamos que la
combinación de las fibras que componen el panel, logran un buen
control tanto en frecuencias bajas como en altas, lo cual es una de
las características mas importantes del panel.
5. DESARROLLO INGENIERIL
La elaboración, diseño y medición de un panel acústico absorbente
implica una exhaustiva investigación en la que hay que estudiar y
analizar las características de las fibras textiles y vegetales, los
comportamientos y propiedades de resinas de pegado, el diseño de
un molde que lleve a producir un material con excelentes
características físicas; al tener toda la información anterior se puede
plantear una metodología de fabricación que será probada en
repetidas ocasiones hasta lograr el panel acústico absorbente
deseado.
Recurrir a la utilización de los desechos es una tendencia mundial,
que busca reducir la contaminación y desarrollar productos con
iguales propiedades de los realizados con materias de primera mano.
Para el diseño del panel se contó con los recursos teóricos y técnicos
a disposición para minimizar el margen de error. Se busco confirmar
que en Colombia se pueden desarrollar materiales acústicos
alternativos, aun sin contar con tecnología de punta.
5.1 Identificación del tipo de materiales de desecho para
componer el panel acústico absorbente
Para determinar que tipo de materiales de desecho se van a utilizar
se debe tener en cuenta las características físicas que debe tener un
panel absorbente:
• Porosidad
• Propagación y resistencia al fuego
• Resistente a: Insectos, microorganismos (moho, descomposición)
• Resistente a la humedad
Estas características se pueden identificar fácilmente y de esta
manera evitamos incluir un material que pueda cumplir con las
características de absorción, pero que no se pueda utilizar porque al
instalarlo acarrearía una serie de problemas en los recintos.
Teniendo en cuenta estas condiciones se visitaron fábricas de
colchones telas y encajes. Se obtuvieron 4 muestras de fibras
textiles que son productos de desecho en los procesos de fabricación:
Tabla 3. Características de las fibras textiles a elegir. Porosidad Resistencia
al fuego
Insectos,
microorganismos
Resistente
a la
humedad
Durabilidad
Hilos Poliéster X X X X X
Hilos Nylon X X X X X
Mota de algodón X
Hilos Lycra X X X
Gestores del proyecto
De acuerdo a esta tabla se eliminaron dos de los materiales, la mota
de algodón y los hilos de lycra. Con los dos materiales restantes
(hilos de poliéster, hilos de nylon) se iniciaron las pruebas.
Para la selección de la fibra vegetal se consultó en el centro de
información del Servicio Nacional de Aprendizaje (SENA) a través de
La Unidad Municipal de Asistencia Técnica Agropecuaria (UMATA) que
funciona a nivel nacional y se recopilo la información sobre los
desechos de la producción agrícola. De la información suministrada se
escogieron 3 posibles materiales:
Tabla 4. Características de las fibras vegetales elegir. Porosidad Resistencia
al fuego
Insectos
microorganismos
Resistente a la
humedad
Durabilidad
Fibras de coco X X X X X
Cascarilla de
arroz
X X X X X
Fibra cáscara
de mazorca
X X
Gestores del proyecto
Después del proceso de selección se descarta la fibra de cáscara de
mazorca por no cumplir en su totalidad con las características
básicas.
5.1.1 Fibras textiles seleccionadas
Hilos de Nylon
El nylon es un polímero sintético que pertenece al grupo de las
poliamidas. Es una fibra manufacturada la cual está formada por
repetición de unidades con uniones amida entre ellas.
Las sustancias que componen al nylon son poliamidas sintéticas de
cadena larga que poseen grupos amida (-CONH-) como parte integral
de la cadena polimérica.
Hilos de Poliéster
Estas fibras, junto con las acrílicas y las de poliamida, constituyen las
fibras sintéticas más importantes de la industria textil. Las fibras de
poliéster son elásticas y muy resistentes a la tracción y al roce,
acercándose a los valores mecánicos de las fibras de poliamida. Son
muy estables a la luz, a los ácidos, oxidantes y disolventes, pero no
demasiado frente a las bases, las cuales, concentradas y en caliente,
actúan saponificando el poliéster. Absorben menos humedad que las
fibras acrílicas y poliamídicas, pero algo más que las vinílicas y
olefínicas. Son, además, fáciles de lavar y secan rápidamente.
5.1.2 Fibra vegetal seleccionada
Fibras de cáscara de coco
Se seleccionó la fibra de coco por cumplir con las características
requeridas. Se desechó la cascarilla de arroz que también cumple con
las características básicas porque ya se esta desarrollando una
investigación con esta fibra.28F
28 La cáscara se emplea,
fundamentalmente, como fibra para diversas aplicaciones
industriales. La fibra de coco pertenece a la familia de las fibras
duras.
28 www.fceia.unr.edu.ar/labinfo/ pdf/info_academica/carreras/fisica/miyara.pdf
Se trata de una fibra compuesta por celulosa y leño que posee baja
conductividad al calor, resistencia al impacto, a las bacterias y al
agua. Su resistencia y durabilidad lo hacen un material adecuado
para el mercado de la construcción para usarlo como material de
aislamiento térmico y acústico. La industria textil utiliza fibra de coco
para elaborar hilos, redes de pesca, así como relleno para colchones y
sillones.
"Es posible hacer una industria artesanal basada en la cáscara y fibra
del coco para hacer paneles acústicos alternativos”.29F
29
5.2 Diseño del modelo estructural del panel autoportante
Para la elaboración del panel acústico absorbente, se diseñó un molde
con el cual el material tomará una forma cuadrada de medidas 40cm
de largo, 40 cm de ancho y la altura fuera variable de acuerdo a la
necesidad; las medidas de largo y de ancho se basaron en la
capacidad de la prensa.
Diseño previo del molde
29 http://www.soyentrepreneur.com/pagina.hts?N=13938
Medidas: (41.5x41.5x15cm)
Espesor lamina de hierro: ¼ de pulgada para soportar la presión
ejercida sin deformar el molde
Orificios de ventilación para facilitar la eliminación de aire y facilitar el
secado de la resina.
5.2.1 Construcción del Molde
• Lamina de hierro ¼ de 41.5 x 41.5 cm (1)
• Lamina de hierro ¼ de 41.5 x 15 cm (2)
• Lamina de hierro ¼ de 40 x 15 cm (2)
• Lamina de hierro ¼ de 40 x 40 cm (1)
Procedimiento
Se pulieron cada una de las partes, luego se realizaron perforaciones
con un taladro mecánico de árbol en las láminas de hierro de 40x15,
41.5x15cm en la parte inferior de la lámina a una distancia de 4.5
cm entre orificios, se utilizó esta distancia buscando el equilibrio para
evitar una deformidad en el panel por exceso de perforaciones, pero
sin perder la ventilación del panel. En la lámina de hierro de 40x40
cm se realizaron orificios imitando una cuadricula sobre toda la
superficie para la respiración del material y permitir el secado de los
agentes compactantes.
Perforación de las laminas de hierro.
Se procede a soldar las laminas para formar una caja de 15 cm de
alto y 41.5 cm de ancho. La tapa del molde de 40 x 40 cm se le
adicionan 2 manijas a lado y lado soldadas para facilitar el manejo de
la tapa y su ubicación en el molde.
Armado del molde.
5.2.2 Estructura Autoportante
Para realizar la estructura autoportante del panel acústico, se diseño
un modelo en madera para soportar 4 paneles de 40 x 40cm
formando un marco alrededor de ellos haciéndolo resistente y
durable.
Construcción de la estructura en madera.
Para adaptar el marco de madera en los paneles primero se colocó en
la parte superior la primera pieza encajándola y posteriormente las
otras como se muestra a continuación:
Ajuste de las piezas de madera sobre el panel.
El marco en madera tiene en la parte trasera unos orificios para
colgar la estructura de tal modo que se sostenga por si misma,
logrando un modelo autoportante:
Orificios para colgar el modelo autoportante.
Estas son las vistas principales del modelo estructural del panel
autoportante:
Vista delantera vista trasera
Ejemplos de instalación
5.3 Proceso de manufactura del panel absorbente de sonido
5.3.1 Selección de la resina para la unión de las fibras
Primera prueba
Realizada en molde de madera, aplicando la resina de látex con
brocha. Esta prueba se realizó con dos clases de fibra (Poliéster,
Nylon) esta fibra se utilizó sin limpiarla manualmente.
Se aplicó una capa fina de fibra, luego se esparció látex con una
brocha, pero la fibra se adhería a la brocha entonces en algunas
partes se aplicaba salpicando la brocha, luego se incorporaba otra
capa de fibra para que se adhiera a la primera capa, este paso se
repitió 3 veces. Al terminar estos pasos se puso un cartón encima
para compactar el material y se dejó en secado por 3 días. Cuando se
retiró el material, este se había pegado al cartón y en partes se pegó
al molde. El material tenía partes rígidas y otras despegadas; esto
debido a que no se aplico la resina de látex en forma homogénea.
Segunda prueba
Pruebas realizadas en el angar de la universidad de San
Buenaventura. Estas pruebas se realizaron con resina de poliéster;
como alternativa para la compactación de las fibras. El proceso que
se realizó fue el siguiente:
Aplicación de 5 capas de cera desmoldante marca Simoniz, a los
recipientes de prueba, en intervalos de 10 minutos.
La primera prueba se realizó en un molde de cerámica con una resina
elaborada con la siguiente combinación:
88% de resina de poliéster
10% monómero estileno
0.7% octoato de cobalto
1.3% mek peroxido
Primer ensayo
En esta prueba se observó que la resina se compactó rápidamente, lo
cual no es muy conveniente puesto que la colocación de la fibra en el
molde requiere tiempo, además de esto la resina es muy viscosa lo
cual no permite aplicarla con pistola ni brocha, entonces se aplicó
goteándola sobre la fibra.
Cuando la resina secó totalmente se observó que el material quedo
muy rígido y se perdió la porosidad de las fibras. Se llegó a la
conclusión que no era viable esta composición.
Segundo ensayo
Esta vez la combinación fue la siguiente
55% de resina de poliéster
42% monómero estileno
2% octoato de cobalto
1% mek peroxido
Aplicación de fibras compuesto final
En esta prueba la resina estaba menos viscosa lo cual facilitaba la
aplicación en las fibras.
Al día siguiente se observo en el material que habían partes rígidas y
otras húmedas, por esto se dejó dos días mas pero después de esto
seguía teniendo las mismas características y un olor fuerte, esa
reacción se debe a la combinación de la resina de poliéster y a la
aplicación poco homogénea en el material, por esto se concluye:
Al bajar la viscosidad del poliéster, este pierde sus facultades de
solidificación, por esto se llega a la conclusión que esta resina no es
apta para compactar el panel.
5.3.2 prueba inicial para elaborar el panel
Realizada en molde de madera, aplicando la resina de látex con
pistola de aire a 25 libras de presión y con la aplicación de silicona
desmoldante. A continuación se muestran los pasos que se
siguieron:
Selección y limpieza del material
En este paso se separaron los materiales (Fibra de Poliéster, nylon,
mota, fibra de coco), para luego retirar las partículas de suciedad
manualmente.
Agrupación de las fibras previamente seleccionadas.
Molde con silicona desmoldante
En este paso se aplicó al molde silicona desmoldante que evita que la
resina y las fibras se adhieran al molde, al aplicar esta silicona se
espera 30 minutos aproximadamente para que seque completamente
Aplicación de la primera capa de fibra
En este paso se aplica una capa fina de fibra textil (Poliéster, Nylon),
para luego aplicar una capa de látex que compactara esta capa de
material.
Compresor utilizado para aplicar el látex. Pistola para la aplicación del látex.
Después de la primera capa de látex se aplica más material en el
molde y después se repite el proceso anterior por 4 veces
consecutivas. finalmente se tapa el molde y se espera a que la resina
de látex seque completamente.
Este molde se dejo en secado 2 días, luego se retiró el material del
molde pero conservaba partes húmedas por esto se dejó en secado
otro día mas, este comportamiento del látex llevó a la conclusión que
el molde necesitaría agujeros de ventilación; todo este proceso da las
características del molde final.
se analizó que el látex aglomera bien las fibras y que su aplicación
con pistola de aire mejora su rendimiento, además el material
conservaba la porosidad y no se pegó al molde gracias a la silicona
desmoldante se concluye que las variaciones realizadas en el
procedimiento hacen mas fácil la elaboración del panel, por esto se
aprueban para la utilización en la fabricación de los paneles
definitivos.
5.4 Ensayos para determinar el proceso de elaboración del
panel acústico absorbente.
5.4.1 Primer ensayo realizado con el molde definitivo.
El primer paso fue aplicar silicona desmoldante con una brocha
homogéneamente en el molde, se espero 30 minutos para que
secara. Luego se incorporó fibra de poliéster en el molde de manera
uniforme.
Aplicación de silicona desmoldante y de las fibras textiles.
Después de ubicar las fibras en la totalidad de la base del molde se
procedió a aplicar la capa de látex; posteriormente se esparció más
fibra en el molde sin dejar secar el látex, para que estas se adhieran
a la primera capa de fibra.
Aplicación de látex con pistola
En esta parte del proceso se coloca la tapa sobre el material para
compactarlo y esperar el secado del látex. Repitiendo este proceso 6
veces para lograr un espesor similar al de otros materiales
absorbentes.
Ubicación de la tapa en el molde.
Al terminar el proceso se espero 12 horas y luego se retiró el material
del molde obteniendo un panel con fallas en su estructura pues su
espesor y rigidez no eran óptimos para utilizarse como panel
acústico.
Vistas del primer panel.
En esta prueba se analizaron varios aspectos:
• Se aplicó mucha fibra entre capa y capa lo cual ocasionó que el
material no lograra un compactación homogénea.
• Al aplicar el látex, el aire que provenía de la pistola movía las
fibras creando nudillos de fibra, que producen como
consecuencia un material final con protuberancias.
• A este material no se le aplicó un peso adicional al de la tapa
dejando el material desprendido en algunas de sus partes y con
poca rigidez.
• La fibra de poliéster no absorbe el látex, simplemente se
adhiere a las fibras y las compacta sin perder porosidad.
5.4.2 Segundo ensayo realizado con el molde definitivo.
Se realizaron los mismos pasos del primer ensayo pero esta vez con
fibras de Nylon, para comparar los resultados obtenidos.
Para solucionar varios de los problemas de la primera prueba, se
incorporó una rejilla durante la aplicación del látex para evitar el
movimiento de las fibras y se redujo el volumen de material por capa.
Aplicación de látex con rejilla.
Después de cada aplicación de fibra y látex se agregó peso de 65 Kg.
para lograr una mayor compactación y rigidez del material:
Compactación de las fibras.
Este proceso se repitió 6 veces para lograr un mejor resultado que el
de la primera prueba.
Vistas del panel
En esta prueba se analizaron varios aspectos:
• El panel mejoró en su rigidez y apariencia.
• El panel tenia presencia de oxido de hierro, debido a las
perforaciones de la tapa superior.
• Debido al exceso de látex en la última capa, provocó un
aglutinamiento en esta parte del panel.
• Las fibras de Nylon absorben la resina de látex de manera tal
que el material pierde gran parte de su porosidad. esto a su
vez deforma el panel, dejando partes desiguales.
5.4.3 Elaboración del panel definitivo
Como se observo en los anteriores ensayos, el poliéster presento
cualidades acústicas absorbentes. Se analizó que con las mejoras del
proceso de elaboración, la combinación de poliéster y latex produce
un panel de excelentes características.
Procedimiento
Primero se separan las fibras de Poliéster y luego se procede a
cortarlas aproximadamente en tiras de 5cm para facilitar su
manipulación. La fibras de coco se limpian y se cortan en tiras 2cm.
Clasificación de fibras
Se prepara el molde aplicando con brocha 5 capas de silicona
desmoldante para facilitar el retiro posterior del material y se deja
secar por 30 minutos.
Aplicación de silicona desmoldante
Se aplica la primera capa de fibra textil, posteriormente se aplica con
pistola una capa de látex natural y encima otra capa de fibra para
que esta se adhiera a la primera capa; esto evita que se pegue el
látex a la tapa del molde.
Para la aplicación del látex se debe utilizar material de protección de
ojos(gafas), tapabocas y overol:
Protección de ojos, tapa bocas y overol.
Se pone encima del molde la tapa y se deja secar por 10 minutos,
después se repite el procedimiento anterior 8 veces.
Compactación de las fibras
Por ultimo se aplica la fibra vegetal de coco y una capa de látex
dando rigidez al panel y optimizando la absorción, luego se tapa y se
ejerce presión adicionando un peso de 80kg por 20 minutos para
obtener el grado de compactación deseado y un espesor de 2.5cm.
Después de esto se deja en secado por 12 horas, luego es retirado
del molde finalizando así el proceso de elaboración.
Aplicación de la fibra vegetal
Vistas del panel acústico absorbente de sonido.
5.5 Mediciones del coeficiente de absorción sonora del panel
acústico.
5.5.1 Instrumentación
o Tubo de resonancia Pasco WA-9612
Este instrumento tiene varios usos, se utiliza en investigación de la
propagación de las ondas de sonido, se puede medir la velocidad
del sonido, frecuencias de resonancia y comparaciones de presión
máxima a mínima (Standing wave ratio).
Características
Tubo de resonancia de 90cm de largo en material acrílico,
con diámetro de 35mm.
Micrófono en miniatura de fácil desplazamiento dentro del
tubo, que facilita la localización de los nodos y antinodos.
Escala métrica para facilitar la posición de la muestra.
Embolo que ayuda a ubicar la muestra dentro del tubo.
Adaptador de plug banana.
Parlante ensamblado (WA-9662).
Tubo de Resonancia
o Osciloscopio Hung Chang 6504
o Generador Leader LFG-1300
o Sondas de conexión
Equipos utilizados para realizar la medición del coeficiente de absorción del panel.
5.5.2 Procedimiento de Medición del Coeficiente de Absorción
Para la realización de este procedimiento se presentaron las
siguientes condiciones:
• Día de la Medición: jueves 5 de octubre de 2006, de 6pm a
11pm
• Lugar de la Medición: Pereira, Risaralda; Universidad
Tecnológica de Pereira, Laboratorio de Tecnología Mecánica.
• Temperatura: entre 22 a 24 grados centígrados.
• Protocolo de medición, basado en la norma (ASTM C384-98)
• El Laboratorio donde se realizaron las mediciones no posee
aislamiento acústico, por este motivo se realizaron las
mediciones en horario nocturno.
• Se calibro el osciloscopio mediante la colocación de las sondas
provenientes del canal 1 y 2, en el punto dispuesto para este
propósito y las perillas de cada canal ubicadas en el punto de
calibración.
• Se probo el generador de señales, mediante su conexión al
osciloscopio, observando que la señal configurada para emitirse
en el generador correspondiera a la visualizada en el
osciloscopio.
a. Se ensamblo el tubo de resonancia de acuerdo al manual
suministrado y las indicaciones del monitor de medición.
Partes del tubo de resonancia
Tubo ensamblado
b. Se corto una muestra de diámetro de 37mm, para que entrara
ajustada y fuera los mas perpendicular posible a la dirección del
tubo y así garantizar incidencia normal:
muestra de diámetro(37mm)
c. La muestra de material acústico absorbente fue colocada con
ayuda del embolo en el tubo de impedancia, a una distancia de 60
cm como lo indica el protocolo de medición.
Muestra incorporada en el tubo
d. Teniendo los instrumentos en condiciones optimas se procedió a
conectar el sistema.
• El cable de color azul sale del generador hacia las entradas del
parlante.
• El cable de color rojo conecta la salida del generador a la
entrada del canal 1 del osciloscopio(esta conexión se realiza
debido a que el generador utilizado solo posee una salida).
• El cable de color negro conecta el micrófono a la entrada del
canal 2 del osciloscopio. (como se muestra a continuación):
Diagrama de Conexión
Imagen del sistema de medición
e. Se comprobó que la señal que emite el generador llegue
correctamente al parlante; posteriormente se verifico que las
entradas del osciloscopio recibieran las señales del generador y las
captadas por el micrófono.
f. Se configuro el generador regulando la amplitud de la señal a 2.5
milivoltios correspondiente a la mitad de su capacidad.
g. El osciloscopio se fijo a una velocidad de barrido de 5 ms/div y una
ganancia en el canal de 0.5 v/div.
h. Se fijo el generador de señales para producir 250 Hz, en onda
sinusoidal.
i. El tubo se fijo a una distancia de 1 cm con respecto del parlante
j. El micrófono se coloco dentro del tubo a una distancia de
aproximadamente 1 mm de la superficie de la muestra.
Ubicación del micrófono a 1mm de la muestra
k. Mediante la activación del modo xy, se observo que la figura
resultante en el osciloscopio se acerca a la forma de un circulo
(figura de lissajous), lo que indica que hay un desfase de 90°, que
es el utilizado para este tipo de medición.
Figuras de Lissajous.
l. Se desactivo el modo xy para obtener la lectura en el osciloscopio
de la amplitud, de la amplitud de onda. La lectura de esta amplitud
se visualiza calculando el numero de cuadros de división que
transcurre a lo largo de la cuadricula que posee el osciloscopio. El
valor de cada cuadro es de 0.5v.
m. El valor de (A+B) correspondiente a la amplitud en un antinodo de
presión (máxima presión), se obtuvo de la señal captada por el
micrófono a 1mm de la muestra.
Amplitud en un antinodo de presión (A+B)
n. Para obtener (A-B) correspondiente a la amplitud en un nodo de
presión (mínima presión), se desplazo el micrófono dentro del
tubo suavemente en dirección opuesta a la muestra hasta obtener
en el osciloscopio la primera onda con la menor amplitud.
Amplitud en un nodo de presión (A-B)
o. El procedimiento se repitió desde el numeral h, fijando en el
generador de señales, las frecuencias a medir (250, 500, 1000,
2000, 4000Hz).
p. Al obtener las mediciones de las anteriores frecuencias se repitió el
procedimiento 18 veces para adquirir datos mas exactos de la
medición de la muestra.
q. Teniendo los datos de las 18 mediciones se realizan los cálculos
para obtener el coeficiente de absorción.
r. Al tener los valores de (A+B) y (A-B), se calculo la relación de
presión máxima a presión mínima SWR (standing wave ratio),
mediante la ecuación:
BABASWR
−+
=
s. Luego de obtener la relación de presiones SWR (standing wave
ratio), se calculo el valor del coeficiente de reflexión, mediante la
ecuación:
11
+−
==SWRSWR
ABR
t. Al tener el valor del coeficiente de reflexión, se hallo el coeficiente
de absorción del sonido (α ) para las frecuencias de (250, 500,
1000, 2000, 4000Hz), mediante la ecuación:
( )( )2
22
111
+−
=−=SWRSWRRα
u. Una vez obtenidos los 18 valores del coeficiente de absorción (α ),
se promedian para cada una de las frecuencias, logrando una
medición de mayor confiabilidad.
5.5.3 Resultados de la medición del coeficiente de absorción
(α ).
A continuación se muestran los datos obtenidos en las 18 mediciones
realizadas para las frecuencias de (250, 500, 1000, 2000, 4000Hz):
Tabla 5. Datos obtenidos
Medición 1
Frecuencia (A+B)max (A-B)min SWR R α 250Hz 1,1250 0,3750 3,000 0,5000 0,750 500Hz 1,5000 0,7500 2,000 0,3333 0,889
1Hz 1,2500 0,6250 2,000 0,3333 0,889 2Hz 1,1250 0,5000 2,250 0,3846 0,852 4Hz 1,0000 0,3750 2,667 0,4545 0,793
Medición 2
Frecuencia (A+B)max (A-B)min SWR R α 250Hz 1,2500 0,3750 3,333 0,5385 0,710 500Hz 0,7500 0,3750 2,000 0,3333 0,889
1Hz 1,5000 0,6250 2,400 0,4118 0,830 2Hz 1,3750 0,4375 3,143 0,5172 0,732 4Hz 0,8750 0,3750 2,333 0,4000 0,840
Medición 3
Frecuencia (A+B)max (A-B)min SWR R α 250Hz 0,7500 0,3750 2,000 0,3333 0,889 500Hz 0,5000 0,3750 1,333 0,1429 0,980
1Hz 1,5625 0,7500 2,083 0,3514 0,877 2Hz 1,5000 0,4375 3,429 0,5484 0,699 4Hz 1,0000 0,3125 3,200 0,5238 0,726
Medición 4
Frecuencia (A+B)max (A-B)min SWR R α 250Hz 0,7500 0,1875 4,000 0,6000 0,640 500Hz 0,7500 0,4375 1,714 0,2632 0,931
1Hz 1,6875 0,8750 1,929 0,3171 0,899 2Hz 1,3125 0,5625 2,333 0,4000 0,840 4Hz 1,0000 0,3750 2,667 0,4545 0,793
Medición 5
Frecuencia (A+B)max (A-B)min SWR R α 250Hz 0,8750 0,2500 3,500 0,5556 0,691 500Hz 0,7500 0,5000 1,500 0,2000 0,960
1Hz 1,6875 0,8750 1,929 0,3171 0,899 2Hz 1,3125 0,5625 2,333 0,4000 0,840 4Hz 1,0000 0,3750 2,667 0,4545 0,793
Medición 6
Frecuencia (A+B)max (A-B)min SWR R α 250Hz 0,8750 0,2500 3,500 0,5556 0,691 500Hz 0,7500 0,3750 2,000 0,3333 0,889
1Hz 1,7500 0,8750 2,000 0,3333 0,889 2Hz 1,3125 0,5625 2,333 0,4000 0,840 4Hz 1,0000 0,3125 3,200 0,5238 0,726
Medición 7
Frecuencia (A+B)max (A-B)min SWR R α 250Hz 0,7500 0,3750 2,000 0,3333 0,889 500Hz 0,7500 0,4375 1,714 0,2632 0,931
1Hz 1,5625 0,6250 2,500 0,4286 0,816 2Hz 1,5000 0,5000 3,000 0,5000 0,750 4Hz 1,1250 0,3750 3,000 0,5000 0,750
Medición 8
Frecuencia (A+B)max (A-B)min SWR R α 250Hz 0,8125 0,3750 2,167 0,3684 0,864 500Hz 0,6250 0,3750 1,667 0,2500 0,938
1Hz 1,4375 0,8750 1,643 0,2432 0,941 2Hz 1,1250 0,4375 2,571 0,4400 0,806 4Hz 1,0000 0,3750 2,667 0,4545 0,793
Medición 9
Frecuencia (A+B)max (A-B)min SWR R α 250Hz 0,7500 0,2500 3,000 0,5000 0,750 500Hz 0,6250 0,3750 1,667 0,2500 0,938
1Hz 1,4375 0,5000 2,875 0,4839 0,766 2Hz 1,3750 0,4375 3,143 0,5172 0,732 4Hz 0,9375 0,3125 3,000 0,5000 0,750
Medición 10
Frecuencia (A+B)max (A-B)min SWR R α 250Hz 1,1250 0,3750 3,000 0,5000 0,750 500Hz 1,7500 0,7500 2,333 0,4000 0,840
1Hz 1,1875 0,6250 1,900 0,3103 0,904 2Hz 1,2500 0,5625 2,222 0,3793 0,856 4Hz 1,0000 0,3750 2,667 0,4545 0,793
Medición 11
Frecuencia (A+B)max (A-B)min SWR R α 250Hz 0,7500 0,3125 2,400 0,4118 0,830 500Hz 0,5000 0,3750 1,333 0,1429 0,980
1Hz 1,2500 0,6250 2,000 0,3333 0,889 2Hz 1,5000 0,5000 3,000 0,5000 0,750 4Hz 1,1250 0,4375 2,571 0,4400 0,806
Medición 12
Frecuencia (A+B)max (A-B)min SWR R α 250Hz 0,8750 0,3750 2,333 0,4000 0,840 500Hz 0,7500 0,5000 1,500 0,2000 0,960
1Hz 1,3750 0,8750 1,571 0,2222 0,951 2Hz 1,2500 0,4375 2,857 0,4815 0,768 4Hz 1,0000 0,3750 2,667 0,4545 0,793
Medición 13
Frecuencia (A+B)max (A-B)min SWR R α 250Hz 0,8125 0,2500 3,250 0,5294 0,720 500Hz 0,5000 0,3750 1,333 0,1429 0,980
1Hz 1,5625 0,8125 1,923 0,3158 0,900 2Hz 1,1250 0,5000 2,250 0,3846 0,852 4Hz 0,8750 0,3750 2,333 0,4000 0,840
Medición 14
Frecuencia (A+B)max (A-B)min SWR R α 250Hz 0,8750 0,3125 2,800 0,4737 0,776 500Hz 0,5000 0,3750 1,333 0,1429 0,980
1Hz 1,5625 0,6250 2,500 0,4286 0,816 2Hz 1,1250 0,5000 2,250 0,3846 0,852 4Hz 1,0000 0,3750 2,667 0,4545 0,793
Medición 15
Frecuencia (A+B)max (A-B)min SWR R α 250Hz 0,7500 0,2500 3,000 0,5000 0,750 500Hz 0,6250 0,3750 1,667 0,2500 0,938
1Hz 1,5625 0,7500 2,083 0,3514 0,877 2Hz 1,1250 0,5000 2,250 0,3846 0,852 4Hz 1,1875 0,3750 3,167 0,5200 0,730
Medición 16
Frecuencia (A+B)max (A-B)min SWR R α 250Hz 0,7500 0,3125 2,400 0,4118 0,830 500Hz 0,6250 0,3750 1,667 0,2500 0,938
1Hz 1,5625 0,6250 2,500 0,4286 0,816 2Hz 1,2500 0,4375 2,857 0,4815 0,768 4Hz 1,0000 0,3750 2,667 0,4545 0,793
Medición 17
Frecuencia (A+B)max (A-B)min SWR R α 250Hz 0,7500 0,2500 3,000 0,5000 0,750 500Hz 0,6250 0,3750 1,667 0,2500 0,938
1Hz 1,5625 0,8125 1,923 0,3158 0,900 2Hz 1,1250 0,5000 2,250 0,3846 0,852 4Hz 1,0625 0,3750 2,833 0,4783 0,771
Medición 18
Frecuencia (A+B)max (A-B)min SWR R α 250Hz 0,6875 0,2500 2,750 0,4667 0,782 500Hz 0,5000 0,3125 1,600 0,2308 0,947
1Hz 1,2500 0,6250 2,000 0,3333 0,889 2Hz 1,1250 0,5000 2,250 0,3846 0,852 4Hz 1,0000 0,3750 2,667 0,4545 0,793
Tabla 6. Promediación
Frecuencias (Hz) 250 500 1000 2000 4000
0,750 0,889 0,889 0,852 0,793 0,71 0,889 0,83 0,732 0,84 0,889 0,98 0,877 0,699 0,726 0,64 0,931 0,899 0,84 0,793 0,691 0,96 0,899 0,84 0,793 0,691 0,889 0,889 0,84 0,726 0,889 0,931 0,816 0,75 0,75 0,864 0,938 0,941 0,806 0,793 0,75 0,938 0,766 0,732 0,75 0,75 0,84 0,904 0,856 0,793 0,83 0,98 0,889 0,75 0,806 0,84 0,96 0,951 0,768 0,793 0,72 0,98 0,9 0,852 0,84 0,776 0,98 0,816 0,852 0,793 0,75 0,938 0,877 0,852 0,73 0,83 0,938 0,816 0,768 0,793 0,75 0,938 0,9 0,852 0,771 0,782 0,947 0,889 0,852 0,793
Σ 13,9020 16,8460 15,7480 14,4930 14,0760 Promedio(α ) 0,7723333 0,9358889 0,8748889 0,8051667 0,782
Grafica 2. Coeficiente de Absorción (α )
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
250 500 1000 2000 4000
Frecuencias (Hz)
Co
efi
cien
te d
e a
bso
rció
n (α
)
En la gráfica anterior puede apreciarse que el coeficiente absorción
por frecuencias es bastante considerable ya que los valores de (α )
obtenidos muestran alta absorción en 500 y 1000Hz. En 250 Hz la
variación de absorción es mínima con respecto a las anteriores
frecuencias, teniendo en cuenta que es una frecuencia difícil de
controlar. La absorción en las frecuencias de 2000 y 4000Hz es
importante pues sus valores de (α ) son significativos y corresponden
a un material de excelentes características absorbentes.
Se obtuvo un producto confiable con propiedades de absorción
acústica, que a lo largo de la investigación, elaboración y medición,
presento la posibilidad de ir optimizando el proceso de fabricación,
teniendo en cuenta los beneficios y cualidades que presentan algunos
materiales de desecho, dejando una ventana abierta para la
investigación de materiales alternativos.
CONCLUSIONES
• Las fibras seleccionadas cumplieron con las características
técnicas requeridas para crear un panel absorbente de sonido.
• El diseño del molde resulto practico para la elaboración de los
paneles, sin embargo por su tamaño se dificulta la producción
industrial.
• La estructura autoportante resulta muy practica, ya que encaja
4 paneles para poder utilizarse como uno solo de mayor
medida.
• En el proceso de manufactura se implementaron mejoras para
obtener como resultado un panel con la textura, rigidez y
aspecto ideal.
• Los coeficientes de absorción (α ) obtenidos en la medición
demuestran que el panel tiene altas características acústicas de
absorción en el rango de frecuencias medidas.
• La medición del coeficiente de absorción demuestra que el
proceso de investigación, fue un éxito, en la selección de sus
componentes, el diseño y elaboración.
• Con la ejecución de este proyecto se demostró que es viable
producir un panel acústico absorbente de excelentes
características, para su posterior industrialización y su
comercialización.
RECOMENDACIONES
Realizar la mediciones del coeficiente de absorción, por el método de
tubo de kundt (con un diámetro mayor) o cámara reverberante, que
son los mas utilizados y de mayor confiabilidad.
El panel acústico logra una mejor compactación y apariencia al
agregarle un peso considerable entre capas. Este paso del proceso
mejoraría con el uso de una prensa hidráulica o algún sistema de
presión alterno.
Para la realización de paneles acústicos se recomienda ubicar el lugar
de trabajo en una zona ventilada y utilizar los elementos de
seguridad industrial (gafas, tapabocas y overol), para la protección de
los efectos del látex.
Se recomienda avanzar en la producción de materiales alternativos
implementado procesos industrializados, para agilizar el proceso de
producción.
BIBLIOGRAFIA
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http://www.ia.csic.es/Ambiental/Granza/materialesweb.htm
http://promicolda.com
http://www.fiberglasscolombia.com.co
http://www.calorcol.com
http://www.acusticaintegral.com/index1.htm
http://www.iso.ch/iso/en/CatalogueDetailPage.CatalogueDetail?CSNU
http://www.ia.csic.es/Ambiental/Granza/materialesweb.htm
http://www.accionrse.cl/home/b_amb_tetra.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Amplitud_%28sonido%29
ANEXOS
Anexo A. Empresas Colombianas de Acústica.
FiberGlass Colombia S.A.
Es una compañía nacional, dedicada a la manufactura y
comercialización de productos para el mercado de la construcción y la
industria .
Tiene el respaldo tecnológico para la fabricación de productos en fibra
de vidrio bajo la licencia de Owens Corning Corporation. Sus
productos cumplen con todos los estándares internacionales en
productos homologados.
Productos
Tratamiento Acústico
Acustifibra
Nombre Acustifibra
Descripción y
Uso
Tratamiento acústico para espacios abiertos,
áreas industriales y en general para recintos
donde se presenten niveles excesivos de
ruido. Su uso es Especificado para páneles
de oficina abierta, recubrimientos acústicos
de paredes, y bafles colgantes.
Dimensiones 2.44 m (largo) x 1.22 m (ancho) x 25 mm
(1 '' espesor), 2.44 m (largo) x 1.22 m
(ancho) x 38 mm (1 ½ in espesor).
Características Incombustible Resistente a vibraciones
Dimensionalmente estable No permite
desarrollo de bacterias ni de hongos. Peso
liviano. Resiliente, no se parte.
Absorción
Acústica NRC
Para 25 mm (1in) = 0.7 Para 38 mm (1 ½in)
= 0.9.
Unidad de Venta Para 25 mm (1in) = 6 Unidades por
empaque. Para 38 mm (1 1/2'') = 4
unidades por empaque.
PROMICOLDA S.A.
Es una empresa especializada en la búsqueda de productos y diseños
innovadores con productos microcelulares y polímeros de distintos
materiales. Esta empresa tiene tres divisiones confort, acústica y
transporte colectivo. Presentando un enfoque diferente de materias
primas como el poliuretano y plástico.
La principal división en el área acústica son los insonorizantes para el
control de ruido. Fabrican y comercializan actualmente espumas
moldeadas de poliuretano en procesos frío y caliente.
Productos
SONOACUSTIC: Es un material absorbente de alta performance y
excelente resistencia a la tracción mecánica hecho a base de espuma
flexible de poliuretano poliéster autoexpandible, con terminación en
forma de cuñas anecoicas. Diseñada para los trabajos mas exigentes.
Evita la reflexión de los sonidos (Reverberación) que se origina por
las superficies duras de paredes o techos y atenúa el nivel sonoro
general.
Su campo de aplicación es de utilización como revestimiento a la
vista en ambientes ruidosos en general, salas de maquinas, recintos
industriales, centros comerciales, auditorios y en lugares de trabajo
permitiendo una mejor concentración y rendimiento personal, resulta
también indicado para salas de música, cabinas de control; donde se
requiera una respuesta acústica definida del local, con precisos
tiempos de reverberación.
CALORCOL S.A. Calorífugos de Colombia.
manufactura mediante un proceso exclusivo la lana mineral de roca,
la cual esta constituida de finas fibras inorgánicas, que son
procesadas a partir de rocas en estado liquido, formando una masa
suave de fibras largas entremezcladas unas con otras, de peso ligero
y con mucho cuerpo, que se caracterizan por su baja conductibilidad
térmica, excelente absorción acústica y resistencia al fuego.
Productos
Placas acústicas
Afelpado
Acústico Material aislante por aspersión
Espuma acústica de celda abierta
Acustipisos
Rocalan Cemento acústico
Anexo B. Nuevos Materiales
Tectan
Trituración y compactación de neumáticos usados
Anexo C. Coeficientes de Absorción de Diversos Materiales en
Función de la Frecuencia