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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD ZACATENCO
Diseño de una ventana
atenuadora de ruido para
casa habitación.
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERÍA EN
COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
PRESENTA:
Diana Elizabeth Alarcón Cano
Atzín Aranda Torres
Edgar Froylan Rodríguez Mondragón
Asesor Metodológico: Erica Fabiola Olmos Casiano
Asesor Técnico: Ilhuicamina Trinidad Servín Rivas
México D.F. Diciembre de 2012
Primero que nada agradezco a cada estrella que ha iluminado mi camino y que me ha dado
luz para seguir en la lucha constante que es la vida, ya sea cerca o lejos me dan la fortaleza
y me han hecho ser lo que hasta ahora soy.
Gracias por brindarme todo de corazón y no dejarme caer...
A mi madre que me ha hecho fuerte, me ha enseñado a aprender de mis errores y sin ella
no hubiera llegado hasta aquí, a mi padre que me ha enseñado a ser prudente, sencilla y a
no rendirme, a mi hermano, y a mi linda Candita
A Gabriela Lugo, a María Luisa Cano, a Gabriela Cano, a Paola Bermejo y madre, a
Rodrigo Reyes, a Rodrigo Aguilar y a su familia, a Carlos Rivas, Alejandro Leal, Ivone
Rivas, Ismael Landeros, Miguel, Rogelio.
A Edgar Rodríguez que me a hecho fortalecerme para seguir adelante, darme siempre la
mano, y aprender que no importa que tan obscuro sea el camino sino el saberse mantener
ahí, para llegar al verdadero, a su familia.
Al Instituto Politécnico Nacional y a cada uno de los profesores en esta institución que me
han hecho vencer los obstáculos para poder cumplir mis metas principalmente, a la Dra.
Itzalá Rabadán, al Ing. Ilhuicamina Servín, y también aquellos que en su vida aportaron
todo de corazón y hacen que esta institución se fortalezca.
Diana Elizabeth Alarcón Cano.
Quiero agradecer por éste logro y porque sin su ayuda y apoyo no habría podido lograr a
mis padres, Josefina Torres Rebollar y Arturo Aranda Osornio, a mis hermanas Ana y
Lluvia Aranda, quienes a pesar de las carencias, mi errores, adversidades y todo me han
apoyado y alentado; a todos mis profesores, en especial al profesor Aboites, al profesor
Gallegos, al Ing. Bartolo Téllez, al Ing. David Aguilar; Al maestro Joaquín quien me ayudó
mucho en mi adolescencia y sus enseñanzas repercutieron sustancialmente en la persona
que soy ahora; a la doctora Itzalá Rabadán por ser un ejemplo de vida personal y
profesional, a mi asesor el Ing. Ilhuicamina T. Servín Rivas, por transmitir una visión de la
ingeniería además de sus conocimientos; Al Ing. Alfonso Celis, mentor y amigo, quien me
enseñó el valor de la honestidad y los ideales ante todo y a todos mis amigos, de ahora y el
pesado, a todos a quienes me han transmitido algo o con quienes aprendí algo que mucho o
poco han ayudado a forjar mi ser y hacer posible conseguir éste logro.
Atzín Aranda Torres
La vida es un constante camino lleno de pruebas y retos cada día, indudablemente se
requiere de un gran esfuerzo para poder lograr el éxito en cada una de las cosas que nos
proponemos; el conocimiento científico no puede ser comprendido en su totalidad sin el
empírico, estoy seguro que la disciplina, la responsabilidad, habilidades y aptitudes nos
acompañan sin falta al realizar lo que nos proponemos con pasión, por su puesto si tenemos
esa inquietud de ir más a fondo de lo perceptible y al demostrarnos a nosotros mismos de lo
que somos capaces de hacer, el único límite cuando nuestra disposición tiende a infinito
queda en función de nosotros mismos.
Antes que nada quiero hacer un reconocimiento a la institución que me enseño a analizar y
comprender como funcionan realmente las cosas en esta dimensión, en este universo; que
gracias a cada uno de sus profesores cuando todo parecía imposible, con mucho esfuerzo
logré comprender cada uno de los conocimientos que día con día en las aulas fueron
enseñados, sin duda alguna agradezco al Instituto Politécnico Nacional y en especial a la
gloriosa Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, una institución que hoy día
sigue forjando ingenieros dispuestos a resolver las necesidades de nuestro país y el mundo.
Este gran logro, antes que nada se lo dedico a mi familia, a mi madre Rosa Ma. Mondragón
y a mi padre Ing. Daniel P. Rodríguez, que sin ellos no habría sido posible este sueño, por
el apoyo incondicional ante cualquier adversidad que nunca me han negado y sus sabias
enseñanzas en todo, a mi hermano el Lic. Daniel Rodríguez por sus consejos y lecciones de
vida que me ha dado, a mi tía Lic. Gloria Mondragón por su comprensión en las buenas y
malas, muy en especial a mi abuela María V. Gómez y mi tío Saúl Mondragón que donde
quiera que estén les dedico esto disculpándome si alguna vez les falle, agradezco a toda la
familia que me apoyó y que no terminaría de nombrar aquí.
Agradezco a todos mis compañeros músicos y amigos que han estado en mi vida, por sus
enseñanzas y permitirme cumplir otro gran sueño que es la música.
Principalmente reconozco el valor de la amistad y el apoyo a Juan Carlos Trejo por su gran
sabiduría y lecciones en todo, a Martín Almaguer por tu apoyo incondicional en mi vida, a
Ulises Sánchez por enseñarme la sinceridad, reconozco de igual manera a grandes amigos
colegas y maestros como Miguel Albarrán por enseñarme tantas cosas pero en especial el
significado de seguir un sueño o morir en el intento, a Jonathan Madariaga y Arturo
Gutiérrez por tantas cosas también y sobre todo por las lecciones del valor de la disciplina,
agradezco a los ingenieros Ing. Luis Alan García, Ing. Armando Campos y al Ing. Daniel
Cruz por haber sido mis más valiosos compañeros de ingeniería que me brindaron su
apoyo, compañerismo y amistad.
De forma muy especial agradezco a la Ing. Diana Alarcón por todo su gran apoyo y
enseñanzas de vida, gran mujer perseverante.
En estos párrafos cito a una gran profesora y excelente ingeniera Acústica, la Dra. Itzalá
Rabadán agradezco cada enseñanza de vida y de ingeniería, emprendedora persona que ha
aportado mucho al politécnico, de igual forma cito a otro gran profesor e ingeniero,
Ing. Ilhuicamina T. Servín agradezco cada uno de los conocimientos que me compartió de
la especialidad Acústica, agradezco a cada uno de los profesores que de igual forma fueron
contribuyentes a este logro, pero sobre todo agradezco a ti que coincides en estas líneas.
Edgar Froylan Rodríguez Mondragón
Contenido 1. Marco teórico ............................................................................................................................ 13
1.1 Definiciones ....................................................................................................................... 20
1.2 Tipos de ruido .................................................................................................................... 23
1.3 Índices de valoración de diferentes fuentes de Ruido. ..................................................... 26
1.4 Curvas de valoración NC. ................................................................................................... 30
1.5 Curvas de valoración PNC. ................................................................................................ 32
1.6 Filtros para el análisis de ruido.......................................................................................... 33
1.7 Parámetros descriptores ................................................................................................... 35
1.8 Reducción de ruido ........................................................................................................... 37
1.9 Ley de la masa ................................................................................................................... 37
1.10 Obtención del coeficiente de transmisión ........................................................................ 39
1.11 Aislamiento acústico de ventanas. .................................................................................... 40
2. Análisis de la reducción de ruido (NR) de una ventana común. ............................................... 45
2.1 Medición de campo con ruido de fondo mínimo. ............................................................. 49
2.2 Medición de campo con ruido de fondo máximo. ............................................................ 55
2.3 Medición de campo con señal controlada de ruido rosa. ................................................. 57
2.4 Medición de NR en condiciones de laboratorio con un vidrio de 6mm............................ 58
3. Análisis de la reducción de ruido (NR) de un prototipo de ventana atenuadora. ................... 69
3.1 Diseño del prototipo ......................................................................................................... 71
3.2 Mediciones en el laboratorio. ........................................................................................... 80
Conclusiones ..................................................................................................................................... 91
Referencias ........................................................................................................................................ 93
Objetivo general
Lograr el diseño de una ventana que atenúe el ruido proveniente de la calle con una
atenuación superior al de una ventana común, que sea lo más barata posible, sin demeritar
la calidad del aislamiento acústico.
1. Marco teórico
15
Los antecedentes más antiguos de cualquier tipo de acondicionamiento acústico,
aislamiento acústico se remontan al inicio del imperio romano con los escritos de Marco
Vitrubio Polio, un Ingeniero militar de Julio César. En sus escritos se detallan varios
diseños acústicos utilizados en los teatros romanos tales como resonadores, vasijas
afinadas, etc.
Posteriormente, en las primeras épocas del cristianismo en Europa se implementaron
diseños acústicos para mejorar la inteligibilidad en las iglesias de diseños abovedados.
Estos implementos son conocidos como tornavoces que consisten en una especie de
marquesina, que evitaba que el sonido de la voz del predicador se perdiese por las bóvedas.
No es hasta el siglo XIX que la Acústica Arquitectural comienza a tratarse de manera seria.
Anteriormente a esta época era puramente práctica y consistía casi únicamente en
supersticiones, tales como colocar alambres en las partes altas de las iglesias y auditorios,
que no servían de nada.
La Acústica moderna de recintos comenzó a finales del siglo XIX con el físico
estadounidense Wallace Clement Sabine aunque no es hasta 1950 cuando las teorías
propuestas por Sabine son aplicadas al Boston Symphony Hall.
El empleo de las ventanas en los edificios ha sido y es generalizado, aunque su grado de
utilización en un mismo edificio puede oscilar tanto como entre la nada y la totalidad.
Algunos tipos de edificios, por razones de aislamiento acústico (teatros de ópera, salas de
conciertos...), o bien de focalización de la atención (salas de espectáculos), o por conseguir
interiorizar la actividad que en ellos se desarrolla (grandes almacenes), no poseen ventana
alguna. Esto es posible, entre otras razones, por los actuales sistemas de aire acondicionado
que lo tratan térmica e higiénicamente.
Materiales para la construcción de ventanas:
La madera. En la antigüedad los marcos eran hechos de este material, debidamente
tratado con pinturas o barnices que mejoraban su comportamiento y durabilidad a la
intemperie.
El acero. También se usa este metal, el cual precisa de un adecuado tratamiento para
prevenir la corrosión.
El aluminio. Hoy en día se ha generalizado el empleo del aluminio en perfiles de
muy variada sección, formato y diseño; es un metal más ligero que el hierro, que no se
oxida ante la acción de los agentes atmosféricos, ni necesita mantenimiento alguno;
como inconveniente cabe decir que es más caro. Últimamente va en aumento la
utilización de perfiles de aluminio con ruptura del puente térmico.
PVC (policlouro de vinilo). El PVC es un material que proporciona unas
prestaciones de aislamiento térmico-acústico que lo posicionan como el ideal para los
marcos de puertas y ventanas, contribuyendo al ahorro de energía y al desarrollo
16
sustentable en todo el ciclo de vida de la ventana, desde su producción, vida útil y
reciclado.
Fuentes de ruido externas e internas a la edificación
El estudio y el control de los ruidos externos a la casa-habitación, nos hace ver que se ha
convertido en una problemática para la salud del ser humano, ya que como estamos en
constante ruido nos hace que tengamos efectos tanto en lo fisiológico como en lo
psicológico.
Ya que sin darnos cuenta algunos efectos de esto es que haya aceleración del ritmo
cardiaco, modificación del ritmo respiratorio, variaciones de la presión arterial e inclusive
una constante desesperación y por tanto frustración en la vida cotidiana.
Las intensidades del ruido, en un recinto tranquilo el nivel es de 30 o 40 dB; en una calle
con tráfico seria de 70 a 90 dB, y el ruido producido por un martillo neumático seria 130
dB, estos ejemplos se ven en la figura 1.1.
Figura 1. 1 Ejemplos de diferentes tipos de ruidos y sus niveles
De las diferentes fuentes de ruido alguno ejemplos:
La legislación existente en los diferentes países marca los niveles máximos que no
deben superarse, van desde los 80 a los 90 dB para coches y de 70 a 80 dB para
motocicletas. Esto conduce a considerar la fuente de ruido con una distribución
lineal de potencia por unidad de longitud.
17
Ruido de tráfico aéreo que un motor de reacción puede llegar a producir de 160 a
170 dB, un avión cuatrimotor de 140 a 150 dB, un pequeño motor de avión de 120 a
130 dB.
Ruido debido a las obras publicas como por ejemplo un gran martillo neumático que
da un nivel de potencia acústica de 120 dB, taladros, sierras, etc.
Fuentes de Ruido Interno en la Edificación, es otro ejemplo de ruido, puede ser una
conversación con un nivel normal este puede tener un nivel de potencia acústica de
70 dB. Esto solo sucede cuando el nivel de ruido ambiental, es reducido
permitiendo la intangibilidad de la conversación. Si el nivel de ruido de fondo es
elevado, para poder entenderse es necesario elevar el nivel de potencia de la voz,
por el contrario si hay muchas personas hablando simultáneamente se interfieren
entre sí, y como consecuencia se eleva la voz. El nivel de presión acústica aumenta
en 3 dB, cada vez que se duplica el número de personas que se encuentran hablando
simultáneamente se denomina a esto, “efecto cóctel”.
Ruido debido a los aparatos de radio y televisión nivel de potencia acústica de 100 a
110 dB. En estos ruidos predominan en su espectro las frecuencias bajas y medias.
Para evitar que el ruido entre de forma directa se ocuparon puertas y ventanas, sin embargo
se trata de tener un aislamiento con mayor eficacia es por esto que se han implementado a
lo largo de los años ventanas que den como resultado este fin.
Los antecedentes más antiguos encontrados no se remontan a mucho tiempo atrás, sino, a
un pequeño grupo de empresas pioneras en este tipo de aislamiento de ruido. Este pequeño
grupo de empresas se encuentran distribuidas en Europa, China, Japón y Sudamérica,
siendo las más cercanas geográficamente las sudamericanas, que actualmente ofrecen
ventanas acústicas, en cuanto a México no hay una empresa reconocida que incursione en
el ámbito.
Estas empresas son:
Aluher cerramientos en Buenos Aires, Argentina.
Corporación Furukawa en Lima, Perú.
ASOVEN pvc en Madrid, España.
Solutia, Saflex , en Estados Unidos.
Abatik en Alemania.
Desde los primeros diseños de arquitectura clásica, se tuvo la necesidad de crear un
contacto entre el interior y el exterior, pero no fue sino hasta las primeras aplicaciones de
la ventana donde se resolvían algunos problemas como tener una vista del exterior sin que
entrara una corriente fuerte de aire si así lo deseaba el usuario; de esta manera se logra un
aislamiento acústico.
18
Una vez sabido que la ventana es un vínculo entre dos áreas, y entre estos dos existe una
transmisión de sonido, ruido y todo lo que se transmite en el aire en general, entonces es
preciso mencionar lo que abarcará este proyecto que propone el desarrollo de una ventana
atenuadora de ruido, justamente para controlar la transmisión de sonido entre estos dos
espacios contiguos.
Anteriormente se menciona que se tienen dos espacios a considerar, el espacio crítico es el
interior de la casa habitación, al cual se le debe atenuar el ruido proveniente del exterior.
En el análisis realizado en este trabajo se considerarán muchos aspectos como aislamiento
acústico; y acondicionamiento acústico, estos términos se refieren al diseño acústico de
toda la estructura arquitectónica, considerando que actualmente el problema acústico
posible en un interior como una casa habitación, un hospital, entre otros, es ocasionado
principalmente a partir de ventanas y puertas. Ya que estos, por su función de comunicar
espacios contiguos, presentan fisuras o ranuras en su montaje lo que representa fallas en el
sellado y por lo tanto deficiencias en el aislamiento acústico de los espacios que comunica.
En la actualidad vivimos en un entorno donde descuidamos los problemas acústicos, por
falta de educación auditiva.
Por este motivo es que se desea presentar una solución factible, funcional y efectiva para
combatir los problemas provocados en un ambiente ruidoso, teniendo en cuenta que las
altas frecuencias son las que más afectan a la salud humana, siendo precisamente estas las
qué están más presentes en el ruido que caracteriza a la grandes urbes, en este caso la
Ciudad de México. Teniendo presente que tampoco se busca un aislamiento total, por lo
que cierta cantidad de sonido debe ser capaz de ser transmitido por la ventana.
Otro factor cotidiano a solucionar es la exposición prolongada a ciertas frecuencias, a
niveles altos, que sin duda son características de sonido que podemos encontrar
regularmente en nuestro entorno, cómo un taladro, el motor de una sierra, una podadora, el
motor de una maquina industrial, el sonido provocado por una multitud, vehículos, en
general niveles altos de presión acústica.
La solución aquí presentada consiste en el diseño de una ventana con la capacidad de
atenuar el ruido que pasa al interior de las casas. La idea general de esta propuesta es
conseguir una disminución significativa del ruido, utilizando materiales comunes en la
construcción de ventanas en México, buscando de igual manera obtener un producto de
bajo costo en relación a los resultados prácticos sin demeritar la calidad del mismo.
Las ideas principales presentadas en este trabajo son plasmadas a lo largo de los siguientes
capítulos, llevando a cabo principalmente un análisis de la reducción de ruido (NR) y la
pérdida por transmisión (TL) de una ventana común, así como del desarrollo de un
prototipo propuesto que consiste en crear una ventana doble con una cámara de aire entre
19
los dos vidrios para poder aislar el sonido sin impedir que dicha ventana pueda abrirse para
que permita la circulación del aire, aunque consecuentemente al abrir la ventana el
aislamiento acústico se perdería.
Para obtener información necesaria para el estudio del desempeño de una ventana común
en la frecuencia, se realizaron pruebas de la misma bajo condiciones controladas así como
pruebas en una casa habitación para conocer un comportamiento generalizado del ruido de
fondo en una casa habitación típica en la ciudad de México y así presentar una conclusión
sobre el resultado del comportamiento del diseño propuesto.
20
1.1 Definiciones Sonido.- El sonido puede verse de dos formas distintas, como la perturbación de un medio
elástico por ondas transversales en el aire y como una sensación auditiva provocada por
vibraciones acústicas.
Ecuación 1-1
c.- Velocidad del sonido.
Ecuación 1-2
Decibel.- Abreviado dB, es una unidad empleada en la acústica, telecomunicaciones,
electricidad, control, entre otras para expresar la relación logarítmica entre una magnitud
medida y una de referencia. En el caso de la acústica será la relación entre una presión
acústica medida y una referencia de presión correspondiente a 20 micropascales, los cuales
corresponden a 0dB.
Clase de transmisión del sonido.- Es una medida numérica derivada de la medición de
valores de pérdida por transmisión por bandas de 1/3 de octava de acuerdo con la
clasificación E413 de la ASTM (American Society for Testing & Materials).
Intervalo.- Es la diferencia en frecuencia entre dos tonos, estas se ven representadas
numéricamente por la razón de sus frecuencias de forma logarítmica.
Micrófono.- Este es un transductor electroacústico que al recibir una señal acústica
proporciona oscilaciones eléctricas equivalentes.
Octava.- Es el transcurso entre dos tonos cuyo vínculo de frecuencia es 2/1.
Tono.- Es un sonido en determinado rango de frecuencia que está dentro del margen
audible.
Tono puro.- La onda producida por un tono puro es una onda sinusoidal y en ella podemos
diferenciar algunas variables del sonido figura 1.2.
21
Figura 1. 2 Características de una onda sinusoidal
Longitud de onda .- Es la longitud de un ciclo completo de la onda (comprendido por un
valle y una cresta).
Periodo T.- Es la duración en segundos de un ciclo completo de la onda.
Frecuencia.- Es el número de ciclos u oscilaciones que se repiten en un segundo. Sus
unidades son los Hertz [Hz] (ciclos por segundo). Esta característica de la onda sonora es lo
que musicalmente llamamos el tono.
Una frecuencia alta equivale a un tono agudo. Una frecuencia baja equivale a un tono
grave. La relación entre la longitud de onda , la velocidad del sonido (c) y la frecuencia
(f) está dada por la relación:
λ Ecuación 1-3
Amplitud.- Es decir, la presión acústica o fuerza por unidad de superficie de las partículas
del medio en un punto dado. Como antes mencionamos, el sonido altera mínimamente la
presión atmosférica. Esta diferencia de presión es lo que llamamos presión acústica. Sus
unidades son los pascales [Pa] o Newtons por cuadrado [N/ ]. Sin embargo, esta
diferencia puede ser cambiante en un sonido a lo largo del tiempo. Para ello podemos
utilizar dos valores.
Valor pico.- Es el punto máximo de presión acústica en una onda (figura 1.3). Este valor es
poco representativo de las características del sonido si este tiene grandes variaciones en el
tiempo.
22
Figura 1. 3 Valor pico presentado por la línea superior.
Espectro frecuencial.- Cuando representamos la onda sonora es frecuente encontrar
gráficas energía-tiempo. En ellas vemos cómo cambia la amplitud de la onda con el tiempo,
y en el caso de sonidos muy simples podemos observar las frecuencias. Sin embargo, la
mayoría de los sonidos que escuchamos constan de muchas frecuencias y estas son difíciles
de identificar en una gráfica energía-tiempo para un sonido complejo. Si queremos conocer
que frecuencias componen un sonido con su correspondiente nivel de presión acústica
recurrimos al espectro frecuencial.
Este tipo de representación gráfica consta de una línea por cada frecuencia que compone el
sonido. La altura de la línea está determinada por el nivel de presión acústica (o el nivel
relativo con respecto a un valor de referencia, en el caso de los gráficos o medidas de
respuesta en frecuencia) a esa frecuencia determinada. En teoría, las líneas podrían estar
representadas como puntos a una altura determinada, sin embargo, sería más fácil la lectura
de la gráfica de la figura 1.4.
En la figura 1.5 podemos comparar ambos tipos de representación gráfica para dos sonidos
puros a frecuencias diferentes y con amplitudes diferentes.
Figura 1. 4 Señal en el tiempo y espectro frecuencial para sonidos a 10 y 120 Hz.
23
En la figura 1.5 vemos ambas señales sumadas nuevamente en el tiempo y en espectro.
Figura 1. 5 Señal en el tiempo y espectro frecuencial para sonido compuesto por 10 y 120
Hz
Analizador de espectro.- Es en electricidad, mecánica o acústica un aparato capaz de dividir
un espectro en un número infinito de regiones de frecuencia (bandas) y determinar la
magnitud relativa de la energía en cada una de estas bandas. Algunos analizadores también
determinan las fases relativas de las componentes de una línea espectral.
Altavoz.-Transductor electroacústico que opera desde un sistema acústico que radia al
espacio potencia acústica.
Ruido.- El ruido es un sonido de naturaleza aleatoria, con un espectro no definido y muchas
veces sin inteligibilidad, puede ser también un sonido coherente pero no deseado, en ambos
casos se define como un sonido molesto e indeseado.
1.2 Tipos de ruido Todo ruido se puede considerar como una señal indeseada cuando se va a medir, aunque
esto solo sea momentáneamente.
Para que las medidas sean significativas, el nivel de ruido fondo deberá ser al menos 10 dB
inferior al nivel de la señal. La relación entre el nivel de la señal y el nivel de ruido de
fondo se llama relación señal/ruido.
Veamos seguidamente algunos tipos de ruidos:
Ruido de fondo.- Es el ruido circulante, con un entorno dado siendo generalmente una
composición de sonidos de muchas fuentes cercanas o lejanas.
Ruido aleatorio.- Es una cantidad fluctuante, cuyas amplitudes instantáneas aparecen,
como función del tiempo, de acuerdo con una distribución gaussiana (figura 1.6.).
24
Figura 1. 6 Representación gráfica del ruido aleatorio.
Ruido blanco.- Es la naturaleza estadísticamente aleatoria, es decir, que tiene igual energía
por ancho de banda de frecuencia, sobre una banda total especifica. Es decir, si el nivel de
presión acústica medido con un analizador es constante en un amplio margen de
frecuencias, se dice que el espectro acústico es plano, llamando al ruido blanco (figura
1.7.), dicho de otra forma, un ruido de este tipo es aquel cuya presión acústica cuadrática
media es uniforme y continua con la frecuencia.
Un ruido blanco puede ser también aleatorio, caracterizado porque las amplitudes
instantáneas de sus componentes se distribuyen en el tiempo según la curva de Gauss
(también llamada distribución normal). Sin embargo, el ruido aleatorio no contiene
necesariamente un espectro plano.
Nivel de presión acústica (dB)
Frecuencia f(Hz)
Figura 1. 7 Representación gráfica del ruido blanco
25
Ruido rosa.- Es en el que todas las componentes nos dan el mismo nivel subjetivo, es decir,
es el ruido blanco pero con una pendiente de – 3 dB como se muestra en la figura 1.8.
Figura 1. 8 Representación gráfica del ruido rosa.
Este ruido se puede definir como el que tiene igual energía por octava dentro del rango de
frecuencias audibles.
Ruido continúo constante.- Es aquel cuyo nivel de presión acústica medido en bandas de
octava, no fluctúa a lo largo del tiempo (figura 1.9.).
Figura 1. 9 Representación gráfica del ruido continúo constante.
Rango de audición audible.- El oído humano es capaz de percibir una amplia gama de
sonidos, todos ellos ubicados dentro de lo que llamamos el rango audible como de muestra
en la figura 1.10. Este rango definido por dos ejes: la frecuencia y la amplitud.
Figura 1. 10 Rango audible de frecuencias
26
En el eje de la frecuencia del oído humano reconoce sonidos aproximadamente entre 20 y
20,000Hz. (o 20KHz), y en el eje de la amplitud aproximadamente entre 0 y 140 dB. Sin
embargo, la percepción del oído humano no es lineal a todas las frecuencias. En la figura
1.11. Podemos observar que el oído humano es considerablemente más sensible a las
frecuencias medias, siendo menos sensible a las frecuencias altas y bajas.
Figura 1. 11 Niveles audibles en función de la frecuencia
1.3 Índices de valoración de diferentes fuentes de Ruido. 1. Nivel de presión acústica en toda la banda.
Nivel sin ponderar en el rango de frecuencias audibles.
2. Nivel de presión acústica ponderado.
Ponderación A: escala de medida de niveles, establecía mediante el empleo de
la curva de ponderación A (Norma UNE 21.314/75), tabla 1.1 para compensar
diferencias de sensibilidad que el oído humano tiene para las distintas
frecuencias dentro del campo auditivo (sigue aproximadamente a la curva
isofónica de 40 fonos) dB (A). En la tabla 1.2 se presentan algunos niveles
típicos de sonidos con ponderación A.
Ponderación B: sigue aproximadamente a la isofónica de 70 fonos dB (B).
Ponderación C: sigue aproximadamente a la isofónica de 100 fonos dB (C).
Nivel de sonoridad: de un sonido es de n fonos, cuando a juicio de un oyente
normal la sonoridad, en escucha binatural producida por el sonido, es
equivalente a la de un sonido puro de 1000 Hz continuo, que incide frente al
oyente en forma de onda plana libre progresiva y cuyo nivel de presión acústica
es de un dB superior a la presión de referencia (unidad físicamente no constante,
aunque par nuestro oído sí lo es).
27
El oído tiene una respuesta diferente a cada frecuencia, estas pueden ser bajas, medias o
altas, las cuales se tuvieron que distribuir en redes de ponderación a diferentes niveles 40
dB, 70 dB y 100 dB, llamadas A, B y C respectivamente. La red de ponderación
A (también conocida como red de compensación A) se aplica a los sonidos de bajo nivel, la
red B a los de nivel medio y la C a los de nivel elevado figura 1.12. El resultado de una
medición efectuada con la red de ponderación A se expresa en decibeles A,
abreviados dBA o algunas veces dB(A), y análogamente para las otras.
Figura 1. 12 Curvas de ponderación A, B y C.
Tabla 1. 1 Ponderación A, B y C para diferentes frecuencias
Frecuencia
(Hz)
Ponderación A Ponderación B Ponderación C
31.5 -39,5 -17,1 -3,0
40 -34,6 -14,2 -2,0
50 -30,2 -11,6 -1,3
63 -26,2 -9,3 -0,8
80 -22,5 -7,4 -0,5
100 -19,1 -5,6 -0,3
125 -16,1 -4,2 -0,2
160 -13,4 -3,0 -0,1
200 -10,9 -2,0 0
250 -8,6 -1,3 0
315 -6,6 -0,8 0
400 -4,8 -0,5 0
500 -3,2 -0,3 0
28
630 -1,9 -0,1 0
800 -0,8 0 0
1.000 -0 0 0
1.250 +0,6 0 0
1.600 +1,0 0 -0,1
2.000 +1,2 -0,1 -0,2
2.500 +1,3 -0,2 -0,3
3.150 +1,2 -0,4 -0,5
4.000 +1,0 -0,7 -0,8
5.000 +0,5 -1,2 -1,3
6.300 -0,1 -1,9 -2,0
8.000 -1,1 -2,9 -3,0
10.000 -2,5 -4,4 -4.4
Tabla 1. 2 Niveles típicos de sonido dados de ponderación A
Fuente de ruido interior Medida Nivel de presión acústica dBA
1. Bombas de circulación - 90
2. Vaciado y llenado de aparatos
sanitarios
- 75
3. Compuerta de vertido de basuras en su interior 80
4. Calderas y quemadores - 70-90
5. Rejilla aerodinámica - 40
6. Reactancias y fluorescentes - 60
7. Relés de conmutación - 60
8. Lavaplatos - 90
9. Frigoríficos - 35
10. Lavadoras - 70
11. Pisadas - 55
12. Conversaciones nivel normal - 70
13. Conversaciones nivel medio - 76
14. Conversaciones nivel fuerte - 100
15. Equipos de reproducción sonora - 65-90
16. Instrumentos musicales - 90-100
17. Juegos infantiles - 60
18. Arrastre de muebles - 65
19. Persianas enrollables - 65
20. Ladrido de perros - 80
Las gráficas para calcular la ponderación pueden ser remplazadas por una tabla 1.3. Que
como se ve que es sencilla e incluye solo los valores para las 7 bandas de frecuencia más
usadas.
29
Tabla 1. 3 Red de Ponderación A
Frecuencia central de
bandas octava (Hz)
Ponderación (dB)
63 -26
125 -16
250 -9
500 -3
1.000 0
2.000 +1
4.000 +1
De esta manera, la red de ponderación A acerca más los valores medidos físicamente a los
estímulos auditivos que estos producen. Los dBA son ampliamente utilizados para estudios
de ruido y salud auditiva. A continuación se muestra en las tablas 1.4 y 1.5 acerca de los
daños auditivos producidos por la exposición a altos niveles de ruido.
Tabla 1. 4. Niveles acústicos en dBA
150 dBA Causa pérdida inmediata de la audición.
120 dBA Extremadamente doloroso.
100 dBA Cortos periodos de exposición causan pérdida temporal de la agudeza
auditiva y larga exposición causa daño imparable a los órganos audibles.
90 dBA Muchos años de exposición causan pérdidas auditivas permanentes.
65 dBA Largos periodos de exposición causan fatiga mental y física
Tabla 1. 5 Niveles máximos de exposición recomendados en dBA
Duración de la exposición en
horas
Nivel acústico máximo
recomendado en dBA
8 90
6 92
4 95
3 97
2 100
1.5 102
1 105
0.5 110
0.25 o menos 115
30
1.4 Curvas de valoración NC. La curva NC 20 y 30, así como otras curvas NC, se desplazan hacia arriba, alrededor de 3
dB, para valores de nivel de presión acústica bajos, figura 1.13, (por ejemplo los estudios
de grabación sonora).
En los ejemplos de la tabla 1.7. se muestran los niveles típicos de sonido para diferentes
tipos de valoración, y los valores recomendados que se tienen que tomar del criterio NC
para diferentes recintos.
Figura 1. 13 Curvas de criterio de ruido NC
Tabla 1. 6 Niveles típicos de sonido dados en diferentes índices de valoración.
Fuentes de ruido exterior Distancia a la que se
da la medida
Índice de valoración
1. Sirena de 50 CV 30 m 130-140 dBA
2. Después avión a reacción 60 m 120-130 dBA
3. Maquinaria de remachar - 110 dBA
4. Martillo neumático - 100-110 dBA
5. Ferrocarril suburbano 6 m 90-100 dBA
6. Maquinaria neumática de
taladrar
15 m 80-90 dBA
7. Tren de carga 30 m 70-80 dBA
8. Ruido de tráfico en calle
adoquina en cuesta con tráfico
intenso y 30% de vehículos
-
31
pesados
9. Calle asfaltada horizontal con
trafico muy intenso y 30% de
vehículos pesados
-
10. Calle asfaltada horizontal con
trafico muy intenso y 30% de
vehículos pesados
-
11. Avión reactor pesado, en
aterrizaje
2.000 m de la pista
12. Avión reactor de tipo medio
en aterrizaje
2.000 m de la pista
13. Avión a reacción a 300 m de altitud
14. Avión de hélice a 300 m de altitud
15. Despegue de avión de
turbohélice y avión reactor
a 500 m de altitud
16. Tren 30 m 80-100 dBA
17. Sierras 10 m 90 dBA
18. Actividades industriales - 80 dBA
19. Mercados, colegios, etc. - 90 dBA
20. Agentes atmosféricos - 80 dBA
Tabla 1. 7 Valores recomendados del criterio NC para diferentes recintos, denotando el
caso de viviendas y recámaras.
Tipos de recintos Curvas NC que
pueden aceptarse
Fábricas para ingeniería pesada 55 – 75
Fábricas para ingeniería ligera 45 – 65
Cocinas industriales 40 – 50
Espacios deportivos y piscinas 35 – 50
Grandes almacenes y tiendas 35 – 45
Restaurantes, bares, cafeterías 35 – 45
Oficinas mecanizadas 40 – 50
Oficinas generales 35 – 45
Despachos, bibliotecas, salas de justicia, aulas 30 – 35
Viviendas, recámaras 25 – 35
Salas de hospitales y quirófanos 25 – 35
Cines 30 – 35
Teatros, salas de juntas, iglesias 25 – 30
32
Salas de concierto y teatros de ópera 20 – 25
Estudios de grabación 15 – 20
1.5 Curvas de valoración PNC. A las curvas NC obtenidas en 1957 se les hicieron una serie de sugerencias y
modificaciones, que dieron lugar en 1971, a las curvas PNC (Preferred Noise Criterion).
Estas curvas PNC tienen valores que son alrededor de 1 dB menos que las curvas NC
(figura 1.14.) en las cuatro bandas de octava 125, 250,500 y 1000 Hz, para la misma curva.
En la banda de 63 Hz, los niveles permisibles son 4 o 5 dB menores; en las tres bandas altas
son 4 o 5 dB inferiores. Estas curvas no han sido aceptadas internacionalmente, por lo que
se consideran como recomendaciones, aunque se pueden usar igual que las curvas NC.
Figura 1. 14 Curvas PNC
Para realizar el estudio de diferentes sonidos en personas jóvenes, el campo de frecuencias
audibles se puede descomponer en tres zonas:
a) Sonidos graves (20-360 Hz),
b) Sonidos medios (360-1400 Hz) y
c) Sonidos agudos (1400-2000 Hz).
Cuando dos sonidos tienen como frecuencias respectivas y , se dice que se
encuentran separados por el intervalo , y que definen la banda de frecuencias de
anchura .
33
1.6 Filtros para el análisis de ruido Los filtros utilizados para analizar el ruido eliminan los componentes cuyas frecuencias
están por debajo y por encima de unos límites o frecuencias de corte propias de cada filtro
(filtro paso banda). Las componentes cuyas frecuencias están comprendidas entre ambas
frecuencias de corte, pasan a través del filtro; esta banda de frecuencia permitida se llama
banda de paso, y la diferencia entre ambas frecuencias de corte es el ancho de banda.
Los filtros empleados para medidas de ruido tienen unas bandas de paso de acuerdo a
normas internacionales ISO-R 266, y la española UNE 74002/78 sobre frecuencias
preferentes en medidas acústicas DIN 45401 que son alemanas, ANSI S1.6 – 1.967 que son
norteamericanas. En todos los casos la relación de frecuencias es de 2/1, que define el
intervalo denominado “octava” en el que una frecuencia es el doble de la otra, llamándose
bandas de paso en octavas. En los filtros, el ancho de banda aumenta con la frecuencia.
Por definición, la frecuencia central de una octava, que se extiende de a , es la
frecuencia que divide a la octava en dos intervalos iguales en la escala logarítmica, es
decir:
Ecuación 1-4
Que en el caso de una octava , siendo su ancho de banda , por
consiguiente vemos que la anchura de octava es proporcional a la frecuencia central de la
misma. Las frecuencias centrales normalizadas de octavas son (Norma UNE 74.002-78
entre 100 Hz y 5000 Hz):
125 250 500 1000 2000 4000 Hz
El nivel de presión acústica en cualquier octava es el nivel de presión acústica de octava o
brevemente nivel de octava, como se muestra en la figura 1.15.
Figura 1. 15 Representación de un filtro pasa banda de octava y en tercio de octava.
34
Cuando se necesita más información del espectro de ruido que la obtenida con las octavas,
se medidas realizadas son más exactas, se utilizan bandas de un tercio de octava cuando se
desea una información mucho más detallada. Estas bandas se definen normalmente, como
tercias de octava y se muestran en espectro en la figura 1.16. Es evidente que para que diez
bandas sucesivas sean exactamente contiguas, su anchura debe de estar representada por la
relación de frecuencias de de valor 1.2589. En la práctica esta relación apenas se
distingue de la relación correspondiente a una verdadera división de un tercio de octava, es
decir de valor 1.2599. Además, la distribución de las bandas se basa exactamente en
, cada diez bandas, la frecuencias aumenta 10 veces. Luego estas bandas tienen la
ventaja de que las frecuencias centrales son múltiplos por 10 de los números básicos, sea
cual sea la extensión del margen de las frecuencias. En este caso la frecuencia central está
dotada por Las frecuencias centrales normalizadas son (Norma UNE 74.002-78
entre 1000 Hz y 8000 Hz):
100 125 160 200 250 315 400 500 630 800
10 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000 Hz
Figura 1. 16 Ejemplo de un espectro de octava y 1/3 de octava
Muchos ruidos tienen tales características, que la señal se distribuye de una forma continua
en todo el margen de frecuencias dentro de una banda de paso dada, si se reduce la banda
de paso el nivel medio de presión disminuye. Es decir, una banda de paso estrecha deja
pasar menos ruido que una ancha.
Puesto de muchos análisis de ruido se dan en bandas de octava a veces es conveniente
calcular los niveles de presión octava, añadiendo 3dB a los niveles de presión obtenidos en
media octava. De forma análoga se podrían calcular añadiendo 5dB a los niveles de presión
obtenidos en bandas de tercio de octava como se muestra en la figura 1.17.
35
Figura 1. 17 Representación de filtro paso banda para bandas de octava y tercias de
octava.
Otro tipo de filtros, se caracteriza porque su ancho de banda es constante ( ), y no
muy amplio (alrededor de 20 Hz). Esta banda de paso puede desplazarse a lo largo del
margen de frecuencias mediante el movimiento de un dial, a este analizador se le llama de
banda constante. Este filtro es más selectivo a las altas frecuencias que a las bajas.
Una forma de comparar los datos obtenidos con filtros de diferentes anchos de banda, es
reducir las diferentes medidas a las que se obtendrían con una anchura de banda común de
1 Hz, utilizando el nivel de espectro de presión. La conversión de nivel de banda a nivel de
espectro de presión, se puede realizar automáticamente con la ayuda de un gráfico que
tenga representada una red oblicua.
1.7 Parámetros descriptores Pérdida por transmisión (TL) o índice de reducción acústica (R)
Reducción de ruido (NR)
Clase de transmisión sonora (STC)
Clase de transmisión sonora de campo (FSTC)
Nivel de presión acústica. El nivel de presión acústica determina la intensidad del sonido
que genera una presión acústica instantánea (es decir, del sonido que alcanza a una persona
en un momento dado), se mide en decibeles (dB) y varía entre 0 dB umbral de audición y
140 dB aproximadamente umbral de dolor.
Ecuación 1-5
= nivel de presión acústica.
= presión acústica de referencia.
= Pa para el aire.
= Pa para otros medios diferentes del aire.
36
Suma de Niveles
Cuando se hace realiza la suma de niveles se refiere a la suma energética.
Se considera la suma de un conjunto da valores
Un nivel de presión acústica
= 10 dB Ecuación 1-6
Despejando
= Ecuación 1-7
El nivel de presión acústica es por definición:
Ecuación 1-8
Así,
Ecuación 1-9
Nivel de presión acústica promedio, donde n es la cantidad de muestras que se tomara:
Ecuación 1-10
Pérdida por transmisión (TL).- es el nivel de presión acústica que disminuye un sonido al
pasar por algún material o barrera, es decir al ser transmitido por medios distintos.
Ecuación 1-11
Pérdida por transmisión (TL).- Si los campos acústicos en los recintos son difusos y el
sonido se transmite sólo a través del espécimen, entonces:
TL = – + 10 log (S/A) Ecuación 1-12
donde
TL (R) = Pérdida por transmisión, dB
37
= Nivel de presión acústica promedio en el recinto fuente, dB
= Nivel de presión acústica promedio en el recinto receptor, dB
S = Área del espécimen bajo prueba, m²
A = Área equivalente de absorción del recinto receptor, m²
1.8 Reducción de ruido La definición con respecto a reducción de ruido es:
NR = Ecuación 1-13
Donde:
NR = reducción de ruido, dB.
= nivel de presión acústica promedio del recinto fuente, dB. (Figura 1.18. a)
= nivel de presión acústica promedio del recinto receptor, dB. (Figura1.18. b)
1.9 Ley de la masa En un elemento que divide o aísla un medio de otro acústicamente, es posible predecir la
pérdida por transmisión con la masa por unidad de área del material que se va a evaluar,
según los autores esto es posible solo cuando se trata de un material homogéneo, y el
cálculo de esta predicción está dado por:
TL= Ecuación 1-14
Esta predicción teórica nos indica un nivel en dB de la cantidad de energía que se pierde
por transmisión estructural al incidir en el material de la superficie a evaluar, y existirá un
aumento de 6 dB al duplicar la masa superficial o la frecuencia.
Para sistemas dobles de aislamiento ya sea separado por algún material o una cámara de
aire, el comportamiento puede ser analizado por una doble ley de masas, donde la
transmisión de energía varía dependiendo la frecuencia, las frecuencias de interés se
determinan de la siguiente manera mediante la ecuación 1-30:
a) recinto fuente
b) recinto receptor
Figura 1. 18 a) recinto fuente b) recinto receptor
38
Ecuación 1-15
Para la determinación de la frecuencia de resonancia, de la ecuación 1.15;
donde “d” es la distancia que existe entre ambas masas (grosor de la cámara de aire), es
la densidad del aire 1.22 , y el ángulo de incidencia de la onda de sonido, aunque la
ec.(1.15) se puede rescribir en el caso de tener una incidencia de sonido normal, una
temperatura ambiente de 20 °C y humedad normal, quedando de la siguiente manera:
Ecuación 1-16
Frecuencia límite:
Ecuación 1-17
La predicción teórica de la pérdida por transmisión para el sistema masa-aire-masa, y
tomando en cuenta la aplicación de la ley de masas doble que manejan autores como
(Tadeu Antonio J.B., 2000) y (Sheaffer, 2008), se comporta de la siguiente manera de
acuerdo a la frecuencia:
Región 1
Para f < :
Ecuación 1-18
Región 2
Para < f < :
Ecuación 1-19
Región 3
Para f > :
Ecuación 1-20
39
1.10 Obtención del coeficiente de transmisión La pérdida por transmisión puede expresarse como:
TL = 10 log (1/τ) Ecuación 1-21
por lo que el valor de τ se puede obtener si se conoce TL
Se determina el coeficiente de absorción de incidencia normal por el método del tubo
Kundt como se muestra en el diagrama de la figura 1.19.
Figura 1. 19 Diagrama de funcionamiento del tubo de Kundt
Arreglo de medición
Ecuación 1-22
Donde
Arreglo de medición
40
Ecuación 1-23
La energía total se representa como:
Ecuación 1-24
El coeficiente de transmisión puede definirse como:
Ecuación 1-25
Transmisión del sonido
Ecuación 1-26
Ecuación 1-27
Figura 1. 20 Diagrama de transmisión de sonido a través de una barrera
El sonido que se propaga en el aire puede transmitirse:
siguiendo una trayectoria continúa del aire a través de las aberturas (fig 1.20).
Ejemplos: Ventanas, puertas, ductos de ventilación, instalaciones eléctricas y
telefónicas, etc.
mediante la acción diafragmática de las divisiones constructivas o particiones.
1.11 Aislamiento acústico de ventanas. Las puertas y ventanas son frecuentemente los peores elementos de las paredes con
respecto al aislamiento acústico. Esto es porque tienen un peso comparativamente bajo y no
siempre cierran herméticamente. El factor básico que influye en el aislamiento acústico de
41
ventanas es el espesor de los cristales. Diferentes cálculos experimentales demuestran que
el aislamiento acústico de ventanas doblemente vidriadas de 2,5 - 3mm es de 25 -27 dB;
con vidrio de 6mm de espesor, esto aumenta a 32 dB.
Las ventanas dobles tienen un alto aislamiento acústico (figura 1.21.). La experiencia
confirma la predicción teórica, de que se pueden obtener buenos resultados utilizando
vidrios de diferentes espesores en las ventanas dobles. Cuando los marcos interiores y
exteriores se hacen con vidrios de diferentes espesores (3 y 6mm), se obtiene el mismo
aislamiento acústico (33dB) que cuando ambos marcos tienen vidrios de 6mm.
Figura 1. 21 Sección de una ventana.
Como en el caso de las paredes dobles, el espacio aéreo entre las hojas de las ventanas,
tiene una influencia en el aislamiento acústico. Esta influencia, que se determina por el
espesor de la capa de aire (figura 1.22), donde la curva 1 es para una ventana simple con
vidrio de 3mm de espesor, 2 3 y 4 relacionan el uso de ventanas dobles para una anchura
del espacio aéreo de 10,20 y 30mm. El pequeño aumento de aislamiento adicional obtenido
por el aumento de la profundidad superior a 20mm, muestra que esta profundidad es la
máxima que se necesita.
El uso de relleno en los marcos de las ventanas aumenta el aislamiento acústico en 6 o 7 dB
el material del que se hace (fieltro, caucho poroso, etc.) casi no tiene influencia sobre este
valor (figura 1.21.), donde (1) son vidrios de espesor 4+4 mm, (2) vidrios de espesor 7+7
mm, (3) pared doble, (4) material absorbente y (5) material aislante antivibratorio.
42
Figura 1. 22 Dependencia con la frecuencia del aislamiento acústico para ventana de
diferentes tipos.
Experimentalmente se ha demostrado que el método usado para fijar las hojas de vidrio en
los marcos y el amortiguamiento de los marcos de las ventanas entre el interior y el exterior
no tienen influencia sobre el aislamiento acústico de las ventanas.
Los valores del aislamiento proporcionados por las ventanas se determinaran mediante
ensayo. No obstante y en ausencia de ensayo, el aislamiento proporcionado por las ventanas
se podrá determinar mediante las ecuaciones siguientes, en función del tipo de
acristalamiento, de la clase de carpintería según la clasificación que se establece en la NBE-
CT “Condiciones térmicas en los edificios” y la NBE-CA 82 y según la Norma UNE 85-
208-80 “Clasificación de las ventanas de acuerdo con su permeabilidad del aire”.
Ventanas Simples:
Ventanas de carpintería sin clasificar R≤12dBA.
Ventanas de carpintería clase A-1 y cualquier tipo de acristalamiento R≤15dBA.
Figura 1. 23 Ventana con material absorbente entre cristales
43
Las ventanas de carpintería clase A-2 y acristalamiento de una hoja o dos hojas separadas
por cámara de aire:
Ecuación 1-28
donde e es el espesor del vidrio, si este es de una sola hoja, la medida de los espesores de
las hojas, cuando sean dos, y la cámara de aire interior sea igual o menor de 15mm; la suma
de los espesores de las hojas cuando sean dos y la cámara de aire interior sea mayor de
15mm.
Las ventanas de carpintería clase A-2 y acristalamiento laminar constituido por hasta 4
láminas de vidrio, de espesor no superior a 8 mm cada una, unidas por capas adhesivas
plásticas de espesor superior a 0,4 mm donde:
Ecuación 1-29
donde e es el espesor total del acristalamiento.
Las ventanas de carpintería clase A-3 y acristalamiento de una o dos hojas separadas por
cámara de aire:
Ecuación 1-30
donde e es el espesor del acristalamiento, si este es de una sola hoja, la media de los
espesores de las hojas, cuando sean dos, y la cámara de aire interior sea igual o menor de
15mm; la suma de los espesores de las hojas cuando sean dos, siendo la cámara de aire
interior sea mayor de 15 mm.
Figura 1. 24 Visor acústico: a) sección vertical y b) sección transversal.
44
Las ventanas de carpintería clase A-3 y acristalamiento laminar constituido por hasta 4
láminas de vidrio, de espesor no superior a 8 mm cada una, unidas por capas adhesivas
plásticas de espesor superior a 0.4 mm donde:
) Ecuación 1-31
Siendo e el espesor total del vidrio.
Las ventanas de dobles no responden a las condiciones reseñadas, por lo que su aislamiento
se determinara mediante ensayo. No obstante, es de señalar que en estas ventanas, y
dependiendo de su diseño pueden alcanzarse valores en altos de aislamiento. Si las capas
dobles y dependiendo de su diseño pueden alcanzarse valores altos de aislamiento. Si las
capas dobles son de vidrio como en las ventanas, no se puede colocar el material en el
espacio intermedio, por lo que se coloca una capa de material absorbente bastante gruesa en
los bordes laterales de la cavidad (figura 1.23), amortiguando bastantes las ondas
estacionarias paralelas a la superficie del vidrio. Para evitar la influencia de las ondas
estacionarias perpendiculares a la superficie del vidrio, es aconsejable colocar ambas
superficies de cristal una recta y otra ligeramente inclinada respecto a la interior.
Con el fin de evitar en efecto de coincidencia importante en la curva de aislamiento, se
deben utilizar capas de distinto espesor, o de diferentes materiales (figura 1.24), donde (1)
fibra de vidrio PV-60, pie de ladrillo hueco doble, (3) fibra de vidrio, (4) chapa
perforada 0,8mm, (5) perfilaría conformada de chapa de hierro de 2.5 mm, (6)
embellecedores exteriores de aluminio, (7) angular 60 60 mm, (8) revestimiento acústicos,
(9) enlucido de yeso de 30 mm, (10) tabicón ladrillo doble, (11) vidrios de 7 + 7 mm y (12)
vidrios de 4+4mm. Una de las capas frecuentemente suele ser más pesada, mientras que la
otra es de material más blando a la flexión. Estas capas permiten mejorar el aislamiento
acústico de paredes ya existentes.
2. Análisis de la reducción de ruido (NR) de una ventana común.
47
En este capítulo se presentan las mediciones de reducción de ruido realizadas así como su
metodología. Para estas mediciones se consideraron cuatro casos:
1) Medición de campo de noche con ruido de fondo mínimo, es decir en una ventana
de fachada, en la noche cuando el ruido de fondo es mínimo.
2) Medición de campo al mediodía con un ruido de fondo máximo.
3) Medición de campo con ruido rosa como señal de prueba.
4) Medición en laboratorio con condiciones controladas usando un tubo de Kundt.
Para llevar a cabo estas mediciones, se tomó como base la norma E90-09 de la ASTM,
efectuando algunas modificaciones a la metodología propuesta por la misma, debido a que
no se cuenta con una cámara de transmisión, la adaptación de la norma tiene como premisa
mantenerla lo más cerca posible a lo que la misma sugiere, respetando la idea principal de
evaluar un promedio en distintos puntos para obtener un comportamiento general de nivel
de presión acústica en la superficie que se desea evaluar, así mismo determinar solo 2
niveles tanto como , exterior e interior respectivamente.
Para realizar todo lo mencionado anteriormente se hizo uso del siguiente equipo y software:
Tabla 2. 1 Equipo y software utilizados.
Tipo Modelo Fabricante Características
Analizador de
espectro.
PAA3 Phonic. Analizador en tiempo
real 1/3 octava.
Indicador de NPA de 30
dB ~ 130 dB.
Mezcladora de audio. PV i4B Peavey Potencia de 100 watts
@ 4Ω, 75 watts @ 75Ω.
Señal de salida -10dBV,
1kΩ.
Interfaz de audio. US-200 Tascam. Tasa de cuantización 24-
bits.
Frecuencia de muestreo
44.1/48/88.2/96 kHz.
Líneas de salida
desbalanceadas.
48
Nivel nominal de salida -
10dBV.
Nivel máximo de salida
+6dBV.
Impedancia de salida
200Ω
Altavoz SS-RG66 Sony Impedancia nominal 6Ω
Software, analizador
de espectro.
PAA3 Desktop control
software
Phonic. Controlador para
computadora personal
del analizador de
espectro Phonic PAA3.
Software, analizador
virtual de espectro en
tiempo real.
TrueRTA True Audio. Generador de señal,
generador de ruido rosa
y ruido blanco.
Computadora
Personal.
HP 630 Hewlett Packard Computadora personal
portátil.
Computadora
personal.
Inspiron N4010 Dell Computadora personal
portátil.
Computadora
personal.
Satellite L845 Toshiba Computadora personal
portátil.
Amplificador Sound Track
Tubo de Kundt (AGY
patente pendiente)
49
2.1 Medición de campo con ruido de fondo mínimo. Cómo se mencionó en el capítulo 1 las mediciones para este análisis se realizaron
basándose en la norma E90-09 de la ASTM (Método de prueba estándar para medición de
laboratorio de la pérdida por transmisión acústica en divisiones y elementos constructivos),
la cual indica que deben realizarse mediciones sucesivas de mínimo seis puntos aleatorios,
con tres muestras como mínimo por cada punto, en una cámara de transmisión donde la
muestra de material a probar debe ser el segmento de división entre el cuarto receptor y
emisor, las mediciones deben ser simultaneas en los dos cuartos utilizando micrófonos de
condensador (recomendación en la norma), unos fijos en un cuarto y otro móvil que
tomaría un muestreo en el otro cuarto; de esta forma se realiza un muestreo estadístico del
comportamiento del ruido cotidiano de una ventana común de una casa habitación colocada
en la fachada de la misma. Estas mediciones se efectuaron en la noche, aproximadamente a
las 2 AM considerando que es una hora adecuada para obtener un mínimo de ruido de
fondo en el ambiente externo a las casas habitación.
La ventana consta de un marco de aluminio deslizable divido en tres secciones, dos de
0.68X0.94 m y una de 1.13X0.94 m; en cada sección está colocado un vidrio de 6mm de
espesor. Las medidas de la ventana son de 2.49 x 0.94 m distribuidas cómo lo muestra la
figura 2.1:
0.94m
0.68m 1.13m 0.68m
2.49m
Figura 2. 1 Medidas y distribución de la ventana.
Para realizar las mediciones se marcaron diez puntos distribuidos en la superficie de los
vidrios de la ventana, como se muestra en la figura 2.1 tiene un total de 2.3406 m2.
Se colocó el analizador de espectro PAA3 en cada uno de los puntos marcados en ambos
lados de la ventana, y se tomaron mediciones simultáneas en cada punto utilizando un
50
apuntador láser para alinearlos; esto para tener lecturas simultaneas del mismo punto en el
interior y exterior. En ambos casos el analizador estaba orientado hacia la ventana y se
encontraban a una distancia de 10cm del vidrio de la misma.
Este proceso se describe gráficamente en las figuras 2.2, 2.3, 2.4 y 2.5:
Figura 2. 2 Vista de la ubicación de los puntos en la ventana a medir.
Figura 2. 3 Vista de uno de los puntos de medición en el cuarto receptor.
51
Figura 2. 4 Vista de uno de los puntos de medición en el exterior de la casa habitación.
Figura 2. 5 Analizador conectado a una computadora para registrar los datos en el
interior de la casa habitación.
Al obtener las mediciones de la casa habitación en los diez puntos de cada lado de la
ventana estos se promediaron, presentando los resultados convertidos de 1/3 de banda de
octava a 1/1 octava, como se explicó antes, en el espectro de 125 a 4000 Hz para obtener el
comportamiento de atenuación de ruido de la ventana; los promedios de estas mediciones
se ejecutaron en el software propio del analizador, la operación que el analizador realiza es
como la que se muestra en el siguiente ejemplo, usando la ec. 1-10 los datos de la tabla 2.2
52
Tabla 2. 2 Datos para el ejemplo del valor promedio.
Punto1 49.2 dB
Punto2 46.9 dB
Punto3 53.3 dB
Punto4 49.4 dB
De modo que el valor promedio de los 4 puntos es 50.7 dB.
Conviene señalar que el analizador toma lecturas por 1/3 de octava, para fines prácticos
estos resultados son transportados a 1/1 de octava, utilizando la ec. 1-9 se suman los niveles
de presión acústica de la frecuencia central con las dos laterales como se muestra en el
siguiente ejemplo, usando los datos de la tabla 2.3.
Tabla 2. 3 Datos para el ejemplo de suma logarítmica.
Hz Db
25 53.1
31.5 65.2
40 58.1
de modo que la suma de los 3 puntos es 66.1dB.
Los cálculos con lo datos de las tablas 2.2 y 2.3 se realizaron para hacer los promedios de
todos los puntos de medición y convertir cada medición a bandas 1/1 de octava,
respectivamente, por lo que únicamente se presentarán los resultados obtenidos.
Del mismo modo conviene presentar la reducción de ruido resultante de las mediciones que
se presentan en este capítulo. La reducción de ruido se calcula con la fórmula 1-13.
NR =
Ejemplo: Se tiene un = 62.2 dB y un = 48.8dB
53
Esta operación se realiza para el cálculo de la reducción de ruido de cada caso presentado,
por lo que solo se mostrarán los resultados.
En la tabla 2.4 se muestran los datos obtenidos en la medición para la ventana común con
condiciones de ruido de fondo mínimo (noche), posteriormente en la gráfica 2.1 se muestra
la comparación entre los niveles de presión acústica del interior y el exterior, también se
muestra la reducción de ruido.
Tabla 2. 4 Comparación de (exterior) y (interior) en condiciones de ruido de
fondo mínimo.
Ruido de fondo mínimo.
f(Hz) (dB) (dB) NR(dB)
125 62.2 48.8 13.3
250 52.2 39 13.2
500 49.2 34.7 14.5
1000 45.4 34.8 10.6
2000 43.3 33.8 9.5
4000 41.7 33.8 7.9
Gráfica 2. 1 Comparación de y en condiciones de ruido de fondo mínimo
54
En la gráfica 2.2 se muestra la gráfica resultante de los datos de NR para la tabla 2.4, la cual
expresa una curva de respuesta de la ventana ante niveles de presión acústica relativamente
bajos, donde es importante destacar que las mediciones del nivel obtenido (interior de
la casa habitación) se ve fuertemente expuesto al ruido de fondo generado dentro de la casa,
destacando una considerable probabilidad de enmascarar el ruido del exterior ( ) si los
niveles de presión acústica generados en el interior no son menores por lo menos 10 dB con
respecto a los registrados como resultado de atenuación del exterior, y tratándose de niveles
muy bajos (ruido de fondo mínimo) que oscilan en los 40 dB como podemos apreciar en la
tabla 1.2 del capítulo 1, son sonidos tan bajos donde pueden interferir desde la pisada de
una persona hasta el ruido generado por el equipo electrodoméstico como un refrigerador,
por consecuente estos pueden llegar a ser mayores que el sonido que penetra del exterior
( ) , para este caso, precisando de lo anterior la gráfica 2.2 .
Gráfica 2. 2 Reducción de ruido de una ventana común en condiciones de ruido de fondo
mínimo
Cómo se puede apreciar en la gráfica 2.1 se tiene una mayor transmisión en bajas
frecuencias, siendo la más alta la que corresponde a 125 Hertz y presentando una reducción
considerable a partir de los 500 Hertz, por lo que se deduce que bajo estas condiciones, son
las bajas frecuencias las que presentan mayor interés para este trabajo.
Nota: las gráficas son presentada en el rango de 125 a 4000 Hz porque es el rango de las
curvas NC, PNC y para efectos de este trabajo son las frecuencias de interés.
55
2.2 Medición de campo con ruido de fondo máximo. La metodología y los cálculos usados en este subcapítulo son los mismos que en el
subcapítulo anterior, con la única diferencia de que las condiciones de ésta medición
cambian; ésta es realizada durante el día a las 12 horas, hora en la que se tiene un mayor
nivel de ruido de fondo ya que la actividad cotidiana es más intensa a esa hora. Únicamente
se presentan las tablas y gráficas correspondientes.
En la tabla 2.5 se muestran los datos de la medición de niveles por banda de octava para
una ventana común con condiciones de ruido de fondo máximo que son al medio día ya que
cuando se presenta la mayor cantidad de actividad humana y tráfico afuera de la casa
habitación, donde es el nivel de presión acústica en el exterior de la fachada y es
nivel de presión acústica en el interior de la casa habitación así como la NR (reducción de
ruido) obtenida con la fórmula 1-13; posteriormente en la gráfica 2.3 se muestran la
comparación entre ambos niveles, con la finalidad de poder apreciar mejor los datos
presentados en la tabla 2.5.
Tabla 2. 5 Valores de , y NR en condiciones de ruido de fondo máximo.
Ruido de fondo máximo.
f(Hz) (dB) (dB) NR(dB)
125 75.91 64.878 11.032
250 71.54 62.22 9.32
500 70.52 61.23 9.29
1000 66.44 55.64 10.8
2000 62.63 52.47 10.16
4000 54.93 47.91 7.02
56
Gráfica 2. 3 Comparación de y en condiciones de ruido de fondo máximo, se
puede observar que las bajas frecuencias son las que están más presentes en el ruido
incidente a la fachada.
Nota: el nivel de presión acústica puede abreviarse como NPA o Lp, en este trabajo se usa la notación “Lp”.
Gráfica 2. 4 Comparación de y en condiciones de ruido de fondo mínimo, se
puede observar que se tiene mayor reducción en bajas y medias frecuencias.
57
2.3 Medición de campo con señal controlada de ruido rosa. A continuación se presentan los resultados de las mediciones hechas a la ventana común
con una señal controlada de ruido rosa, la metodología y los cálculos hechos son los mismo
que son usados en los subcapítulos medición de campo con ruido de fondo mínimo y
medición de campo con ruido de fondo máximo cambian únicamente las condiciones de
ésta medición, que para éste caso con condiciones controladas y con una señal de ruido rosa
que incide en la ventana y que tiene un nivel de presión acústica de 100 dB.
En la tabla 2.6 se muestran los valores medidos de nivel de presión acústica en una ventana
común usando como señal de prueba ruido rosa, aplicado con un amplificador y un altavoz,
la reducción de ruido resultante se visualiza en la gráfica 2.6; la gráfica 2.5 muestra los
datos de medición de la tabla 2.6.
Tabla 2. 6 Comparación de y con una señal controlada de ruido rosa
Medición de Lp1 (Exterior) y Lp2 (interior) usando
ruido rosa.
f(Hz) (dB) (dB) NR(dB)
125 97.6 70.9 26.7
250 92 73.6 18.4
500 89.4 69.9 19.5
1000 85.4 64.4 21
2000 90 60 30
4000 88.4 51.2 37.2
58
Gráfica 2. 5 Comparación de y bajo señal controlada de ruido rosa.
Gráfica 2. 6 Reducción de ruido de la ventana bajo prueba.
2.4 Medición de NR en condiciones de laboratorio con un vidrio de 6mm. Para estas mediciones se toma como base la misma norma que en las anteriores, debido a
que no se cuenta con cámaras de transmisión, se utiliza un tubo de Kundt (figuras 2.6 y 2.7)
para tratar de medir de manera indirecta la pérdida por transmisión, como un método
alterno a las cámaras de transmisión.
59
Figura 2. 6 Vista frontal del tubo de Kundt y dimensiones (perspectiva).
Figura 2. 7 Vista lateral del Tubo de Kundt y dimensiones (perspectiva).
En primera instancia se realizaron mediciones de nivel de presión acústica con el tubo
abierto (figura 2.8), usando como señal de prueba ruido rosa filtrado y amplificado por
bandas de octava de 125Hz hasta 4kHz como señal de prueba. Posteriormente se repitió la
medición de nivel de presión acústica con un vidrio de 6mm en la boca del tubo, éste vidrio
tiene las mismas características del utilizado en las mediciones de nivel de presión acústica
realizadas en campo.
60
Figura 2. 8 Tubo de Kundt utilizado para las mediciones de laboratorio (fotografía).
Para cada prueba se tomaron medidas de cinco puntos marcados y distribuidos en la boca
del tubo, todos dentro del diámetro de esta y a la misma distancia del borde, los datos
recabados de cada ancho de banda, que van de 125 Hz a 4KHz, fueron promediados para
conocer el comportamiento general.
Figura 2. 9 Vista del extremo del tubo con las marcas para identificar los puntos de
medición y el analizador de espectro.
Para este proceso se usaron los mismos analizadores de espectro y el mismo software,
además de un amplificador SoundTrack (figura 2.10) para amplificar la señal de prueba. El
proceso se muestra detalladamente en las figuras 2.11, 2.12 y 2.13.
61
Figura 2. 10 Amplificador usado para reproducir el ruido rosa filtrado.
Figura 2. 11 Medición en curso, la posición del analizador de espectro se determina
usando la plantilla mostrada en la figura 2.9.
62
Figura 2. 12 Medición de nivel de presión acústica con el tubo abierto y el analizador
conectado a una computadora para capturar los datos.
Figura 2. 13 Colocación de la muestra de 6 mm en el tubo para la medición de los niveles
Lp1 y Lp2.
63
Los cálculos para los promedios de las mediciones son realizados de manera similar a los
realizados en el ejemplo de la página 2-41, en la tabla 2.7 se presentan los datos de nivel de
presión acústica obtenidos con ruido rosa filtrado en las bandas de 125, 250, 500, 1000,
2000 y 4000 Hertz como señal de prueba.
Tabla 2. 7 Niveles de presión acústica medidos en las frecuencias centrales del ruido rosa
filtrado en el tubo de Kundt, tubo abierto.
Frecuencias centrales
f(Hz) (dB)
125 112.5
250 112
500 105
1000 97.1
2000 92.7
4000 83.2
En la gráfica 2.7 se muestran los datos de la tabla 2.7, donde se aprecia la respuesta del
tubo abierto en todas las bandas.
Gráfica 2. 7 Respuesta sumada de todos los anchos de banda de ruido rosa filtrado por
bandas de octavas de 125 a 4000 Hz.
64
A continuación se presentan los datos de los niveles de presión acústica medidos en el
exterior del tubo, colocando el vidrio de 6mm en el extremo del tubo, en la tabla 2.8 se
expresan los niveles de presión acústica en las bandas de frecuencia evaluadas.
Tabla 2. 8 Niveles de presión acústica en el exterior del tubo por frecuencias centrales
del ruido rosa filtrado en el tubo de Kundt con una muestra de vidrio de 6mm.
Frecuencias centrales
f(Hz) (dB)
125 91
250 90.5
500 83.3
1000 76.8
2000 70.5
4000 55.5
En la gráfica 2.8 se muestran los datos de la tabla 2.8, donde se aprecia la respuesta del
tubo con la muestra de vidrio de 6mm en las bandas de frecuencia evaluadas.
Gráfica 2. 8 Respuesta general a una señal de ruido rosa filtrado por bandas de octava
desde 125 a 4000 Hz de un vidrio de 6mm en un tubo de Kundt.
65
En la tabla 2.9 se muestran los niveles de presión acústica, a modo de comparación, medida del
tubo de Kundt sin muestra (tubo abierto ) y del tubo de Kundt con una muestra de vidrio de
6mm ( ) así como la reducción de ruido (NR) resultante.
Tabla 2. 9 Niveles de presión acústica medida, donde es el tubo sin muestra y el
tubo con una muestra de vidrio de 6mm.
Tubo de Kundt.
f(Hz) (dB) (dB) NR(dB)
125 112.6 91.2 21.4
250 112.1 90.7 21.4
500 105.5 83.5 22
1000 97.5 77.1 20.4
2000 92.9 71.8 21.1
4000 83.8 62 21.8
En la gráfica 2.9 se muestra una comparación entre Lp1 y Lp2 de la tabla 2.9.
Gráfica 2. 9 Se muestra la comparación de Lp1 (tubo sin muestra) y Lp2 (tubo sin
muestra).
En la gráfica 2.10 se muestra la reducción de ruido del material, obtenido en la tabla 2.9.
66
Gráfica 2. 10 Reducción de ruido de un vidrio de 6mm obtenida de la tabla 2.10.
Se puede apreciar, al igual que en las pruebas de sitio, que el mayor problema lo presentan
las bajas frecuencias debido a que son las que tienen mayor energía, por lo que el objetivo
será atacar principalmente este grupo de frecuencias. Para propósitos de este trabajo es
conveniente comparar los resultados de ambas pruebas con la curva correspondiente PNC
ya que son estos los que nos indican los niveles de presión acústica aceptables en una casa
habitación.
En la gráfica 2.11 se muestran las gráficas de las mediciones de la ventana común bajo
condiciones de ruido de fondo mínimo, ventana común bajo condiciones de ruido de fondo
máximo y la curva PNC 40 a modo de comparación.
67
Gráfica 2. 11 Comparación entre la curva PNC 40, el interior con ruido de fondo
máximo y el interior con ruido de fondo mínimo
A lo largo de éste capítulo se puede apreciar que el rango de frecuencias que presenta un
nivel de presión acústica más alto son las bajas frecuencias, de modo que serían éstas las de
mayor interés para el desarrollo del diseño propuesto en éste trabajo, de la misma forma
queda expreso el fenómeno de que son estas las frecuencias, junto con las altas frecuencias,
en las que el vidrio tiene una mayor reducción de ruido NR; llegando a la conclusión lógica
de que la frecuencia de resonancia del vidrio puesto a prueba se encuentra en las
frecuencias medias, lo que hace que el material tenga una mejor atenuación en frecuencias
bajas y altas. Concluyendo de ésta forma que las frecuencias de mayor interés para el
diseño serán las frecuencias bajas y medias, las primeras porque son las que de forma
natural tienen un nivel de presión acústica más alto y son por lo tanto las más molestas para
el entorno doméstico; y las segundas por qué son en las que se presenta una menor
reducción de ruido por parte del material, de modo que son las frecuencias críticas para
lograr una atenuación óptima para éste tipo de entornos.
3. Análisis de la reducción de ruido (NR) de un prototipo de
ventana atenuadora.
71
En este capítulo se lleva a cabo el diseño del prototipo propuesto y se justifica la idea, se
presentan datos y cálculos teóricos que pueden predecir el comportamiento del mismo. El
diseño consta de un sistema de aislamiento con ventana de doble vidrio con cámara de aire;
esto último como la idea principal para aumentar significativamente la atenuación de una
ventana común, sacando provecho del cambio de medio que se presentaría entre los dos
vidrios.
La elaboración del prototipo se llevó a cabo de acuerdo con los datos obtenidos en el diseño
desarrollado durante éste capítulo que predice una notable atenuación, mayor a la que
presentan las ventanas comunes.
Una vez construido el prototipo que consiste en un arreglo de dos vidrios separados por
una cámara de aire capaz de ser montado en un marco para su instalación. Se sometió a
mediciones en el laboratorio, obteniendo datos de mediciones bajo la metodología alterna.
De igual forma que en el capítulo anterior se evaluó la atenuación del prototipo en el
laboratorio, promediando niveles de presión acústica de la radiación del tubo y colocando el
prototipo en el mismo, tomando las precauciones necesarias, como evitar fugas y
direccionar correctamente el sonido, sellando el tubo en puntos vulnerables, obteniendo así
dos promedios de niveles de presión acústica, para cada caso, el tubo abierto y el tubo con
una muestra de material, de esta manera se pudo calcular la reducción de ruido (NR) que
presenta el prototipo.
3.1 Diseño del prototipo El sistema que se busca para la optimización del aislamiento acústico en la ventana, es
precisamente una ventana doble, para lo cual se requiere saber qué grosores en los vidrios
son los necesarios para cumplir con los criterios de ruido NC 25-35 al menor costo posible.
Mencionado ya por varios autores como (Tadeu Antonio J.B., 2000) (Sheaffer, 2008) se
ha comprobado que la implementación de ventanas dobles presentan un alto grado de
aislamiento acústico.
El sistema es análogo al de un sistema mecánico masa-aire-masa (masa-resorte-masa), el
cual consiste en una cámara de aire entre ambos vidrios; éste sistema actúa como la ley de
la masa doble.
En primera instancia, previamente a comenzar el diseño, el prototipo se debe ajustar a
nuestro objetivo y al equipo de medición con el que se cuenta. Considerando que el tubo
con el que se realizaron las pruebas es de un diámetro total de 30.5 cm, el prototipo tendría
que ser un cuadrado con un mínimo de esta medida por lado; sin embargo, para facilidad de
las mediciones y evitar posibles fugas de sonido se decidió que las dimensiones del
prototipo tendrían que ser de al menos 40x40 cm.
72
Para la selección del grosor de vidrios se deben considerar primero los valores de pérdida
por transmisión a modo de cumplir teóricamente con los criterios de ruido para viviendas,
recámaras y departamentos.
Se tienen las siguientes tablas 3.1 y 3.2 de los criterios de ruido NC (Noise Criteria) y PNC
(Preferred Noise Criteria):
Tabla 3. 1 Valores de niveles de presión acústica correspondientes al criterio de ruido
NC. (Beranek, 1957).
Niveles de presión acústica por bandas de octava (dB)
NC Frecuencias centrales (Hz)
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
15 47 36 29 22 17 14 12 11
20 51 40 33 26 22 19 17 16
25 54 44 37 31 27 24 22 21
30 57 48 41 35 31 29 28 27
35 60 52 45 40 36 34 33 32
40 64 57 50 45 41 39 38 37
45 67 60 54 49 46 44 43 42
50 71 64 58 54 51 49 48 47
55 74 67 62 58 56 54 53 52
60 77 71 67 63 61 59 58 57
65 80 75 71 68 66 64 63 62
70 83 79 75 72 71 70 69 68
De la tabla 3.1 se debe seleccionar cuales son los niveles de interés para este proyecto de
acuerdo al tipo de recinto; en este caso éste trabajo se enfoca al entorno doméstico, en
general a la casa habitación promedio de la ciudad de México, por lo cual podemos ubicar
de acuerdo a esto los parámetros del criterio de ruido dentro de los cuales tenemos que
estar, es decir, NC25-NC35.
Tabla 3. 2 Valores recomendados del criterio NC para diferentes recintos.
Tipos de recintos Curvas NC que
pueden aceptarse
Fábricas para ingeniería pesada 55 – 75
Fábricas para ingeniería ligera 45 – 65
Cocinas industriales 40 – 50
Espacios deportivos y piscinas 35 – 50
Grandes almacenes y tiendas 35 – 45
Restaurantes, bares, cafeterías 35 – 45
73
Oficinas mecanizadas 40 – 50
Oficinas generales 35 – 45
Despachos, bibliotecas, salas de justicia, aulas 30 – 35
Viviendas, recámaras 25 – 35
Salas de hospitales y quirófanos 25 – 35
Cines 30 – 35
Teatros, salas de juntas, iglesias 25 – 30
Salas de concierto y teatros de ópera 20 – 25
Estudios de grabación 15 – 20
Tomando como referencia que por lo menos se cumpla el criterio de ruido NC menos
exigente, es decir la curva NC 35, obtenemos la gráfica 3.1, ya que el diseño también es
considerado para viviendas en zonas con altos niveles de contaminación acústica:
Gráfica 3. 1 NC 35
Como se aprecia en la tabla 3.2 el caso que nos interesa es el de viviendas y recámaras, ya
que el objetivo de optimización de aislamiento con ventana está pensado para viviendas,
independientemente del acondicionamiento acústico del lugar se debe garantizar que al
menos éste diseño de ventana cumpla con una reducción de ruido suficiente para cumplir
con los criterios de ruido, y que lo único que pueda afectar sea tener la ventana abierta o
una pérdida por transmisión compuesta, es decir, en general una mala instalación y la
presencia de orificios o fisuras en las paredes y demás elementos constructivos.
Por otro lado, se tienen los criterios de ruido PNC del mismo autor (Beranek, 1957).
74
Tabla 3. 3 Valores de niveles de presión acústica correspondientes al criterio de ruido
PNC (Beranek, 1957).
Niveles de presión acústica por bandas de octava (dB)
PNC Frecuencias centrales (Hz)
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
15 43 35 28 21 15 10 8 8
20 46 39 32 31 20 15 13 13
25 49 43 37 35 25 20 18 18
30 52 46 41 36 30 25 23 23
35 55 50 45 40 35 30 28 28
40 59 54 50 45 40 35 33 33
45 63 58 54 50 45 41 38 38
50 66 62 58 54 50 46 43 43
55 70 66 62 59 55 51 48 48
60 73 69 66 63 59 56 53 53
65 76 73 70 67 64 61 58 58
La clasificación para el criterio PNC según el tipo de recinto es la siguiente:
Tabla 3. 4 Valores recomendados del criterio PNC para diferentes recintos.
Tipos de recintos Curvas PNC que
pueden aceptarse
Grandes tiendas, estacionamientos 50 – 60
Cocinas, lavanderías, oficinas con computadoras 45 – 55
Oficinas de ingeniería 40 – 50
Grandes oficinas, tiendas, cafeterías, restaurantes 35 – 45
Oficinas, pequeñas salas de conferencia, aulas 30 – 40
Hospitales, hoteles, recámaras, departamentos 25 – 40
Auditorios pequeños, iglesias pequeñas, pequeños
teatros, grandes salas de conferencia (50 personas)
35
Auditorios, grandes teatros, iglesias 20
Estudios de radio y televisión 15 – 20
Salas de concierto, ópera y locales para recitales 15 – 20
Al igual que con los criterios de ruido NC y considerando las mismas causas antes
mencionadas, se tomó como referencia que por lo menos se cumpla el criterio de ruido
PNC menos exigente (PNC40), obteniendo la gráfica 3.2.
75
Gráfica 3. 2 PNC 40.
El concepto del diseño se basa en utilizar materiales que sean lo más económicos posible, y
eso incluye utilizar vidrios comunes de grosores comerciales, siendo los grosores más
utilizados en casas habitación promedio de la ciudad de México los de 3, 4 y 6 mm.
Utilizando la ecuación de la ley de la masa para una sola división (ec. 1-14) podemos
calcular una predicción de la pérdida por transmisión de cierto material homogéneo, por lo
tanto es posible aplicarla para el caso del vidrio.
La ley de la masa puede ser adaptada para el análisis de divisiones dobles resultando la ley
de masas dobles, donde las ecuaciones de predicción involucran la masa de ambos
materiales y su pérdida por transmisión depende de la frecuencia; donde, se puede observar
que la suma de las masas de los materiales es proporcional a la atenuación que efectúan en
bajas frecuencias y el espacio que hay entre dichos materiales incrementa esa atenuación en
medias y altas frecuencias.
Con el fin de poderla adaptar en cualquier casa habitación se eligieron los grosores más
comunes, 3 y 6 mm; dejando una cámara de aire de solo 3 mm, resultando un grosor en
total del prototipo de 12mm, lo cual permite que el prototipo pueda ser montado a poder ser
montado en un marco de ventana común .
Como se puede apreciar en el capítulo I, en los rangos de frecuencia el comportamiento del
sistema mecánico masa-aire-masa, podemos apreciar que en las frecuencias por debajo de
la frecuencia de resonancia del sistema el espacio que exista entre los dos vidrios (cámara
de aire) no influirá en la pérdida por transmisión; sin embargo, al calcular la frecuencia de
resonancia sabremos a partir de qué frecuencia comenzará a actuar la cámara de aire.
76
La frecuencia de resonancia para el prototipo se calcula obteniendo primero las densidades
superficiales de cada vidrio; como se mencionó anteriormente se trata de dos vidrios de
40x40 cm, con un grosor de 3mm y 6mm respectivamente, separados por una cámara de
aire de 3 mm entre ellos (valor propuesto); observando las tres regiones de frecuencia de
operación del sistema mecánico con respecto a la teoría de la ley de la masa doble, que
plantean los autores (Tadeu Antonio J.B., 2000)y (Sheaffer, 2008), en las ecuaciones 1-18,
1-19 y 1-20, se puede observar que la cámara de aire no tiene gran efecto para bajas
frecuencias, a menos que se deje una cámara de aire muy grande, ya que recorrería la
(frecuencia de resonancia) a un valor más bajo, y esto aleja el objetivo de implementación
en casa habitación promedio, donde difícilmente se cuenta con condiciones para instalación
de más de 12 mm de grosor total de una ventana , por lo tanto d=3 mm (espacio entre los
vidrios).
Si donde la densidad del vidrio es y el grosor de cada vidrio se
representa por h, entonces podemos calcular m de cada placa de vidrio por separado, siendo
ésta una densidad superficial, obteniendo que:
Utilizando la ecuación 1-16 obtenemos la frecuencia de resonancia:
= = = 488.3 Hz
El valor de la frecuencia de resonancia nos indica a partir de qué valor de frecuencia
comienza a actuar la cámara de aire, se puede observar que el valor propuesto para d de
3mm nos da como resultado que la cámara de aire funcionará perfectamente para medias y
altas frecuencias, si d fuera más pequeña, se recorrería la frecuencia de resonancia a un
valor más alto, por lo tanto la frecuencia de resonancia es inversamente proporcional al
tamaño de la cámara de aire.
La frecuencia límite de acuerdo a la ecuación 1-17 queda entonces así:
77
Ahora determinamos la pérdida por transmisión de cada vidrio, tomando como referencia
las mediciones normalizadas para vidrios de 3 y 6 mm por el autor (Egan David M., 1988),
registrando a continuación la siguiente tabla:
Tabla 3. 5 Pérdida por transmisión evaluada para un vidrio de 3mm (Egan David M.,
1988).
Hz (dB)
125 18
250 21
500 26
1000 31
2000 33
4000 22
Tabla 3. 6 Pérdida por transmisión evaluada para un vidrio de 6 mm (Egan David M.,
1988).
Hz (dB)
125 25
250 28
500 31
1000 34
2000 30
4000 37
Una vez contempladas las pérdidas por transmisión respectivas para cada vidrio, y tomando
en cuenta que la frecuencia de resonancia del sistema masa-aire-masa es =488.3 Hz, se
calcula la TL (pérdida por transmisión) esperada del prototipo por regiones de frecuencia,
utilizando solo las ecuaciones 1-18 y 1-19 ya que el tercer caso de frecuencias ( > ), es
para frecuencias mayores a la frecuencia limite y queda fuera del rango de evaluación del
prototipo que es de 125 Hz a 4 kHz.
Con la ecuación 1-18 para valores < , calculamos el valor de TL en las primeras 2
bandas de frecuencia 125 y 250 Hz, ya que = 325.5 Hz, resultando los siguientes
valores:
Para 125 Hz:
78
Para 250 Hz:
En el caso de las siguientes bandas de frecuencia se aplica la ecuación 1-19, que
corresponde a el caso de < f < , e incluye las bandas de 500, 1K, 2K y 4KHz. El
espacio de la cámara de aire es efectivo en la atenuación de sonido del prototipo para todas
las frecuencias mayores a la frecuencia de resonancia y menores a la frecuencia límite
, resultando los siguientes valores:
Para 500 Hz:
Para 1 kHz:
Para 2 kHz:
Para 4 kHz:
Obteniendo de los cálculos anteriores la siguiente tabla 3.7:
Tabla 3. 7 Pérdida por transmisión total esperada (teórica) por el prototipo.
Hz TL (dB)
125 22
250 28
500 31.5
1000 45.5
2000 49.6
4000 51.6
79
Gráfica 3. 3 Pérdida por transmisión (teórica) del prototipo.
80
3.2 Mediciones en el laboratorio.
Una vez hecho el diseño, como ya se podía apreciar en los resultados, la cámara de aire
actúa en frecuencias medias y altas por la resonancia del sistema, en la gráfica 3.3 se puede
comprobar eso teóricamente.
Una vez visto lo anterior, se procedió a la construcción del prototipo para realizar
mediciones en laboratorio de su reducción de ruido (NR) y analizar los datos que arroje la
metodología de medición, para poder tener una magnitud medida para la atenuación y
compararla con los valores normalizados, respectivamente por cada banda.
Las mediciones se realizaron de la misma forma y metodología que se explica en el
capítulo anterior, con un tubo Kundt y ruido rosa filtrado por bandas de octava de 125 Hz
hasta 4 kHz, resultando, un registro total de mediciones donde Lp1 es el nivel de presión
acústica a la salida del tubo en cada frecuencia central a evaluar del ruido rosa filtrado, Lp2
es el nivel de presión acústica del tubo con el prototipo colocado a la salida del tubo.
NR es la reducción de ruido del prototipo calculada en cada frecuencia central a evaluar de
ruido rosa filtrado. Cada prueba de NR con el tubo es una medición aproximada de la
pérdida por transmisión, como se explica en el capítulo 1, en la ecuación 1-13.
La medición del nivel de presión acústica a la salida del tubo (Lp1) se ilustra en la figura
3.1, donde se puede apreciar el analizador de espectro fijado con un atril, para medir la
respuesta del tubo a la señal de ruido rosa filtrado. Se usó a una computadora para registrar
cada medición requerida por la metodología y procesar los datos.
Figura 3. 1 Metodología de medición de Lp1 (tubo de Kundt).
81
La medición de NR del prototipo fue realizada en un tubo Kundt con ruido rosa filtrado en
125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz y 4 kHz, tomando dos mediciones para cada banda,
tubo sin muestra a la salida y tubo con muestra a la salida (Lp1 y Lp2).
La misma metodología de laboratorio previamente explicada en el capítulo 2, fue aplicada
para todas las bandas del ruido rosa filtrado con el prototipo en el tubo.
En la figura 3.2 podemos apreciar el prototipo propuesto con el que se efectúan las
mediciones, suficiente para adaptarlo en el tubo de Kundt y realizar las evaluaciones de
reducción de ruido. La imagen del prototipo nos permite de una manera más clara presentar
una perspectiva, es decir, el diseño se lleva a cabo sellando el arreglo de vidrios
perfectamente, dejando un marco de vidrio de 3 mm que separa los vidrios de 6 mm y de
3mm, para adecuar la cámara de aire, que resulta ser, el grosor de separación por el área de
la superficie que queda dentro del marco; la descripción anterior por lo tanto nos hace
referencia a las partes que conforman en conjunto una sola pieza.
Figura 3. 2 Modelo 3D del prototipo.
82
La implementación de la ventana atenuadora de ruido para casa habitación, es entonces, el
resultado de montar adecuadamente una pieza del diseño propuesto (figura 3.3) en uno o
varios marcos, a manera de cubrir una superficie determinada considerada para una
ventana. La aplicación de la ventana atenuadora puede ser de distintas maneras, como por
ejemplo, montando el prototipo en un solo marco para una ventana fija o en marcos
corredizos, para lo cual se recomienda idealmente que al cerrar la ventana quede un sellado
hermético.
La construcción del prototipo se llevó a cabo de acuerdo al diseño y las condiciones de
laboratorio para poder efectuar una evaluación de reducción de ruido; se puede observar en
la figura 3.3 el prototipo ya construido.
Figura 3. 3 Prototipo de diseño propuesto.
De acuerdo con el procedimiento de la metodología, en la figura 3.4 se ilustra la medición
del nivel de presión acústica Lp2, que es la respuesta del tubo de Kundt con la atenuación
del prototipo en la señal controlada; se puede apreciar el analizador de espectro en el
punto de evaluación y el prototipo colocado en el extremo del tubo, con ayuda de un apoyo
manual para evitar moverlo durante el registro de la medición.
83
Figura 3.4 Metodología de medición de Lp2 (tubo con prototipo).
A partir de la misma metodología que se ha venido utilizando hasta ahora con las
condiciones de laboratorio que se muestran en las figuras 3.1 y 3.4, fue posible evaluar una
NR en cada prueba de frecuencia del prototipo con ruido rosa filtrado; el nivel de reducción
de ruido en cada prueba de frecuencia quedo registrado para su respectiva banda, haciendo
posible de esta manera visualizar la respuesta en frecuencia de la reducción de ruido del
prototipo, resultando la tabla 3.8:
Tabla 3. 8 Resultados del análisis de NR del prototipo en laboratorio.
Hz (dB) (dB) NR(dB)
125 112.6 76 36.6
250 112 83.5 28.5
500 105.1 71.9 33.2
1000 97.1 63.1 34
2000 92.7 51.6 41.1
4000 83.2 43.8 39.4
De los resultados de NR de la tabla 3.8, es posible obtener la gráfica de respuesta de
atenuación del prototipo con respecto a la frecuencia, véase en la gráfica 3.4. El análisis de
la reducción de ruido en laboratorio hace posible obtener la magnitud de atenuación
acústica correspondiente a un material por medio de la metodología empleada, en éste caso
84
se analizó el comportamiento de la atenuación acústica del prototipo en la frecuencia,
pudiéndolo visualizar en la gráfica 3.4.
Gráfica 3. 4 Reducción de ruido (NR) del prototipo.
La reducción de ruido mostrada en la gráfica 3.4 es variable en la frecuencia, y permite
visualizar claramente un comportamiento real del diseño, dicha gráfica nos proporciona
información de cómo está trabajando la cámara de aire en las frecuencias que se evaluó el
prototipo. La forma en que se disipa la energía acústica a través del prototipo como se
explica en el diseño (subcapítulo 3.1), explica un amortiguamiento de energía acústica en la
cámara de aire para < f < teóricamente, por otro lado, los datos obtenidos en
laboratorio de la reducción de ruido muestran un comportamiento similar con la diferencia
que en la frecuencia de 125 Hz se obtuvo un nivel de atenuación mucho mayor al esperado,
es importante señalar que la atenuación usualmente es proporcional a la frecuencia , aunque
no siempre es así, en este caso la atenuación que presenta el prototipo es ideal para medias
y altas frecuencias (500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz y 4000 Hz), así como también para 125 Hz
resultando una reducción de ruido de 36.6 dB, lo cual indica que en la práctica, se tiene un
amortiguamiento de energía acústica para la banda de 125 Hz provocado por los cambios
de medio que experimenta la onda sonora incidente a través del prototipo en la cámara de
aire, lo cual evita una vibración estructural que es muy común para estos valores de
frecuencias bajas por el contenido de energía que por naturaleza éstas presentan.
Los resultados de las mediciones presentadas en este capítulo con el objetivo de analizar el
comportamiento del prototipo propuesto, pueden ser comparados con datos de mediciones
normalizadas por el estándar ASTM E90-09 (Método de prueba estándar para medición de
laboratorio de la pérdida por transmisión acústica en divisiones y elementos constructivos)
85
de materiales similares, para poder determinar una desviación de la metodología alternativa
con respecto a la norma.
Existen datos de la pérdida por transmisión obtenidos en cámaras de transmisión mediante
la norma mencionada, para vidrio de 6 mm y otros grosores; la tabla 3.9 contiene los
valores de pérdida por transmisión para diferentes vidrios y arreglos de vidrios.
Tabla 3. 9 Pérdida por transmisión para vidrios evaluados de acuerdo con la norma
ASTM E90-09 (Egan David M., 1988).
TL (dB) STC
125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 KHz 2 KHz 4 KHz
Vidrio de 3 mm (6.8 kg/ ) 18 21 26 31 33 22 26
Vidrio de 6 mm (14.16 kg/ )
25 28 31 34 30 37 31
Vidrio aislante de 12 mm: doble vidrio 3 mm + 3 mm con cámara de aire de 6 mm (16.12 kg/ )
21 26 24 33 44 34 28
Doble vidrio: 6 mm + 3 mm con cámara de aire de 50 mm
18 31 35 42 44 44 39
Doble vidrio: laminado 6 mm + vidrio sencillo 4 mm, con cámara de aire de 50 mm (28.81 kg/ )
25 34 44 47 48 55 45
Doble vidrio: laminado 6 mm + vidrio sencillo 4 mm, con cámara de aire de 100 mm (28.81 kg/ )
36 37 48 51 50 58 48
Doble vidrio: laminado 6 mm + laminado 6 mm, con cámara de aire de 12 mm (35.15 kg/ )
21 30 40 44 46 57 42
De la tabla 3.9 se pueden tomar los datos medidos de pérdida por transmisión del vidrio de
6 mm y de 3 mm para compararlo con los datos obtenidos de mediciones en laboratorio con
el mismo vidrio mediante la metodología alterna; nótese que las mediciones obtenidas con
la metodología alterna hacen posible un análisis de reducción de ruido y las mediciones
normalizadas muestran una pérdida por transmisión, por lo tanto los datos obtenidos de
manera alterna solo son una aproximación a la pérdida por transmisión.
En la gráfica 3.5 podemos observar la comparación entre la reducción de ruido obtenida en
laboratorio y la pérdida por transmisión normalizada para un vidrio de 6 mm.
Con los datos obtenidos en las mediciones de laboratorio para vidrio de 6 mm visualizadas
en la tabla 2.9 del capítulo anterior y los datos obtenidos conforme a la norma de la tabla
86
3.9, se puede hacer una comparación donde se aprecian dos magnitudes de atenuaciones
diferentes pero aproximadas.
Gráfica 3. 5 Comparación de atenuación del vidrio de 6 mm entre metodología empleada
y los valores obtenidos conforme a las normas.
La gráfica 3.5 nos muestra una representación visual de la desviación entre la metodología
empleada para obtener la reducción de ruido de un material en laboratorio y la metodología
para obtener la pérdida por transmisión de un material bajo la norma ASTM E90-09
(Método de prueba estándar para medición de laboratorio de la pérdida por transmisión
acústica en divisiones y elementos constructivos), con lo cual se puede decir que la
magnitud de atenuación efectiva del prototipo es la que se obtuvo bajo la evaluación en
laboratorio, ya que fue la que se midió con el prototipo real y es considerada por lo tanto
una reducción de ruido (NR), la comparación se realizó con el vidrio de 6 mm ya que fue el
único material evaluado en laboratorio, que posee una pérdida por transmisión (TL)
registrada (Egan David M., 1988) como se observa en la tabla 3.9, lo cual hace posible
analizar ambos parámetros de atenuación tratándose de el mismo material a evaluar. La
relación entre la NR obtenida y la TL normalizada se da de tal manera se tiene una
diferencia en dB dependiendo la frecuencia, donde; la desviación es proporcional a la
frecuencia y la reducción de ruido (NR) es diferente pero aproximada a la pérdida por
transmisión (TL).
La curva de respuesta del ruido de fondo máximo ( ) analizada en el capítulo II, es
comparada a continuación con los criterios de ruido correspondientes a las mediciones de
campo (gráfica 3.6); para el análisis y evaluación del aislamiento acústico necesario en la
implementación del prototipo.
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Gráfica 3. 6 Comparación de ruido de fondo máximo respecto a las curvas de criterios de
ruido PNC40 y NC35.
Para conocer el nivel de ruido de fondo esperado en el interior ( ) con el prototipo, de la
ecuación 1-13 podemos despejar , donde al nivel de ruido de fondo máximo (tabla
2.5) se le resta la reducción de ruido (NR) del prototipo por cada banda de frecuencia,
quedando = -NR en cada banda respectivamente obteniendo la tabla 3.10.
Tabla 3. 10 Nivel de ruido de fondo (Lp2) esperado con el prototipo.
f(Hz) Lp2(dB)
125 39.3
250 43.0
500 37.3
1000 32.4
2000 21.5
4000 15.5
Graficando éste nivel y comparando con los criterios de ruido nuevamente obtenemos la
gráfica 3.7.
88
Gráfica 3. 7 Comparación de ruido de fondo esperado con el prototipo respecto a las
curvas de criterios de ruido PNC40 y NC35.
Se observa que el prototipo cumple con los criterios de ruido PNC 40 y NC 35 debido a que
la curva de nivel de ruido de fondo en el interior Lp2 se encuentra por debajo de las curvas
de criterio de ruido, por lo tanto en condiciones de ruido de fondo máximo de las
mediciones realizadas en campo, y con los datos obtenidos en laboratorio con el prototipo
en este capítulo, es posible predecir la efectividad que tendrá al ser implementado con su
correcta instalación en el lugar donde se realizaron las mediciones de campo.
Se establece también, que aumentando el volumen de la cámara de aire que se encuentra
entre los vidrios, disminuirá la frecuencia de resonancia, en otras palabras el volumen de
aire es inversamente proporcional a la frecuencia de resonancia, modificando la banda de
frecuencias en que se optimiza el aislamiento acústico del diseño.
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Presupuesto del proyecto
El presupuesto del proyecto que se presenta a continuación consta de todos los costos de los
materiales (fabricación de los prototipos para las pruebas, papelería y material necesario
para las mediciones), mano de obra y servicios de ingeniería que se ocuparon para llevar a
cabo todo el proyecto, durante 6 meses:
Concepto de costo Cantidad
Servicios de Ingeniería
Copias $53
Comidas $2,100
Atzín $105
Pasajes Diana $143
Edgar $83
Uso de Internet $3,890
Insumos 11 tubos de silicón $11
Pistola para aplicación de silicón $30
Pilas $320
Prototipo 1 $150
Prototipo 2 $266
Prototipo 3 $266
Tubo capilar $25
Tubo PVC $25
TOTAL: $7,467
Considerando este proyecto como un trabajo de ingeniería, se estiman los honorarios por
persona de acuerdo a los salarios mínimos correspondientes al área geográfica donde se
desarrolló el proyecto en este caso fue desarrollado en el área “A”, según la Secretaria del
Trabajo y Previsión Social, tomando como referencia para este proyecto 5 salarios mínimos
por Ingeniero, considerando que el salario mínimo del 2013 es de $64.76 diarios; de
acuerdo al período de trabajo se obtiene lo siguiente:
Honorarios Cantidad
Honorarios por ingeniero $38,856
90
Considerando lo anterior, se estiman los honorarios de los tres ingenieros que trabajaron en
este proyecto más $7,467 de los costos, resultando el siguiente costo por investigación de
proyecto:
Concepto Cantidad
Servicios de ingeniería e insumos $7,467
Honorarios de los 3 ingenieros $116,568
Costo por investigación del proyecto $124,035
Se estima un 1% de la investigación del proyecto para ser agregado al valor final del costo
de la implementación.
De acuerdo con la cotización de la instalación de una ventana común de un solo vidrio de
6mm de grosor, proporcionada por un taller especializado en este tipo de trabajos, de
características y medidas de la ventana que se evaluó en este trabajo (2.34 ), tiene un
costo de $3,500, en el cual se incluye un vidrio de 6mm, el marco de aluminio y la mano de
obra.
La implementación de la ventana atenuadora de ruido para casa habitación tiene un precio
de $4,800 lo cual incluye el material y mano de obra, considerando su instalación con las
mismas medidas de la ventana común de las mediciones de campo.
Concepto Cantidad
Ventana común de un solo vidrio de 6mm $3,500
Ventana atenuadora de ruido con doble vidrio (3 y 6mm) $4,800
Al costo por materiales y mano de obra de la ventana atenuadora de ruido se le agrega el
1% del costo por investigación del proyecto, y el valor resultante será el precio final para su
implementación.
Concepto Cantidad
Ventana atenuadora de ruido para casa habitación de 2.34 $6,040
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Conclusiones Con base en el objetivo que se planteó, se realizó el análisis detallado de los resultados
obtenidos a través de los tres capítulos en los que se dividió este trabajo. La necesidad de
un aislamiento acústico en los entornos domésticos fue un enfoque principal del
planteamiento del diseño de la ventana atenuadora. Por otro lado, la implementación de este
diseño para una casa habitación promedio, requiere cuidar los materiales con los que se es
posible construirla para poder ser costeada por una gran mayoría de usuarios, que necesitan
una solución acústica con el menor precio posible; para lograr este último punto, fue
necesario darle un mayor peso a la ingeniería del diseño que al uso de materiales robustos
con cierre hermético que poseen buena respuesta de aislamiento, lo cual aleja por mucho el
objetivo del trabajo, debido al costo que esos materiales implican. La ingeniería de la
ventana atenuadora de ruido para casa habitación se basó en una ventana doble con cámara
de aire; esta tecnología acústica se aplica comúnmente como parte de un mejoramiento
acústico en recintos, en la que este tipo de ventanas poseen cámaras de aire muy amplias
por el grado de aislamiento que requieren para poder cumplir criterios de ruido de acuerdo
al recinto, y en este caso se optó por un diseño mucho más compacto.
Las evaluaciones del prototipo se realizaron considerando que los resultados obtenidos son
efectivos al implementarse, la respuesta obtenida del prototipo en laboratorio es la esperada
en campo con su correcta instalación en una casa habitación con un marco sellado
herméticamente y cerrada. Se demostró un sistema de aislamiento acústico capaz de
cumplir con los estándares que se exigen de niveles de presión acústica considerados como
aceptables dentro de una vivienda según las curvas de valoración PNC y NC (gráfica 3.1 y
3.2). La gráfica 3.7 del capítulo 3, demuestra el cumplimiento de los estándares que se
exigen de niveles de presión acústica para casa habitación, lo cual indica teóricamente de
acuerdo a los cálculos, que al instalar la ventana atenuadora de ruido para casa habitación
como la propuesta en este trabajo brinda una solución al principal problema expuesto.
Con el trabajo hecho en laboratorio para el análisis de NR, la mejora de aislamiento
acústico fue apreciable ya que la reducción de ruido del prototipo de la ventana atenuadora
de ruido fue de 37.2 dB, mientras que la de una ventana normal resultó ser de 21.4 dB.
Estos datos fueron obtenidos como referencia de comparación mediante el promedio
logarítmico de las reducciones de ruido obtenidas en laboratorio; con lo cual se pudo
determinar que la ventana atenuadora de ruido para casa habitación atenúa 15.8 dB más que
las ventanas comunes.
La implementación de este diseño requiere de materiales comunes en la construcción de
ventanas en esta ciudad, debiendo ser instalada con un marco de aluminio. Dados los
resultados medidos en laboratorio, y los previstos por los cálculos, comparándolos con los
niveles de presión acústica establecidos en los criterios NC y PNC para casa habitación, se
concluye que el diseño cumple con las expectativas asentadas en el objetivo.
92
El costo de la ventana atenuadora de ruido considerando su instalación en el lugar donde se
realizaron las mediciones de campo resultó de $6,040 y el costo de la ventana normal fue
de $3,500, con lo cual podemos hacer una comparación de precios, siendo la diferencia
entre ambos de $2,540; por lo tanto, la elevación del precio al implementar el diseño
propuesto en este trabajo es de un 72%, con esto se puede decir que es una solución de bajo
costo ya que es un porcentaje de incremento de precio considerado aceptable con respecto
al de una ventana común.
El costo del proyecto y el cálculo del precio al que podría venderse este producto se
concluye que puede ser costeable para un gran sector de la población de la ciudad de
México; por lo tanto, también se cumple con esa parte del objetivo de diseñar una solución
acústica confiable y al menor costo posible.
El prototipo propuesto es un diseño capaz de implementarse en la mayoría de los marcos de
aluminio usados comúnmente en las ventanas de las casas de la ciudad de México, sin
realizar ningún tipo de modificación, al existente o la casa, de modo que es un diseño
práctico y útil para casas habitación por construir o que ya estén construidas; incluso podría
instalarse sin modificación alguna a marcos ya instalados, lo que repercute también en lo
asequible del diseño propuesto, de modo que se concluye de manera general que es una
propuesta viable, sustentable, asequible y eficaz. Del mismo modo se establece que la
efectividad del diseño o de la ventana a implementar puede ser mejorado aumentando la
cámara de aire que separa los vidrios; esto claro, supone una posible modificación
constructiva o la implementación de un marco más costoso a los marcos comunes, sin
embargo, el diseño aquí propuesto sin modificación alguna presenta una alta eficacia en la
reducción de ruido, atenuando aproximadamente 15.8 dB más que una ventana común.
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