FECHA PALABRAS CLAVES Sonido, Frecuencia, Longitud de onda

FECHA Noviembre30/2006 NÚMERO RA PROGRAMA Ingeniería de Sonido AUTOR (ES) ALMANZA, Giovanni; LASCANO, Daniel TÍTULO DISEÑO, ELABORACIÓN Y MEDICION DE UN PANEL ABSORBENTE DE

SONIDO, CON MATERIALES DE DESECHO PALABRAS CLAVES Sonido, Frecuencia, Longitud de onda, Amplitud, Absorción,

Coeficiente de absorción, Materiales de desecho, Tubo de resonancia, Autoportante, Resonancia, Standing wave ratio.

DESCRIPCIÓN El tratamiento o adecuación acústico de recintos es un campo que ha avanzado

significativamente en los últimos años; considerando que actualmente se ha reconocido la necesidad de mejorar el desempeño acústico de los lugares de reproducción, composición musical y donde se requiera una respuesta acústica con características definidas. La intención del proyecto es crear un panel absorbente de sonido, abriendo una ventana a la investigación de materiales acústicos alternativos, que al implementarse para la solución de problemas acústicos, se desempeñe de forma satisfactoria, permitiendo su uso generalizado con la ventaja de tener un bajo costo y así mismo incentivar a la concientización de la preservación de los recursos naturales. El proceso para la elaboración del panel absorbente incluye una selección de sus componentes, el diseño, la implementación de un método para el proceso manufactura y la medición del coeficiente de absorción sonora.

FUENTES BIBLIOGRÁFICAS

Harris. Ciril M. Manual de medidas acústicas y control de ruido. En: Acústica. Vol. 2 (1995); p. 30,1-30,24. TIBAQUICHA BALSERO, marco; COLORADO CASTRO, Rodolfo. Estudio de las propiedades acústicas de materiales empleados en la fabricación de paneles aisladores de sonido. Trabajo de grado (ingenieros mecánicos). Universidad Nacional de Colombia, Bogota. Facultad de Ingeniería Mecánica (2002); p. 149-202. CASTAÑO REYES, Leonardo; WALTEROS SARMIENTO, oscar. Estudio de prefactibilidad técnico para el montaje de una planta recicladota en pequeña escala. Trabajo de grado (Ingenieros Químicos). Universidad Nacional de Colombia, Bogota. Facultad de Ingeniería Química (1998); p. 26-37.

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TECNICAS Y CERTIFICACION. Papel: Acústica. Bogota: ICONTEC 1990. (NTC 2727) NEUFERRT.ERNST. El arte de proyectar en la arquitectura. En: Acústica arquitectónica. Vol. 2 (1958); PDF. Propiedades acústicas de materiales obtenidos de productos ecológicos. Lorenzana, Dolores García Vidaurrázaga, José A Álvarez Pág. 2 PDF .Absorbentes acústicos de banda ancha constituidos por materiales con fibras y celulosa .J. Pfretzschner; C. de la Colina, F. Simón. Instituto de Acústica. Pág. 2,3. Morse Philip. Vibration and sound. Segunda edición. McGrawhill 1948 Pág. 256,458 PDF. Determinación de la absorción e impedancia acústica por el tubo de impedancia. Ing. Pedro Muños. Pág. 1. Compendio practico de acústica. Pérez Miñana Manuel. Pág. 45, 88, 125, 557. Yogler Jonh. Textiles el mercado Creciente. Trabajando con desechos Pág. 9-25 0Hhttp://www.cecodes.org.co/Indicadores/tetrapak/tetrapak1.htm 1Hhttp://www.soyentrepreneur.com/pagina.hts?N=13938 http://www.ia.csic.es/Ambiental/Granza/materialesweb.htm http://promicolda.com http://www.fiberglasscolombia.com.co http://www.calorcol.com http://www.acusticaintegral.com/index1.htm http://www.iso.ch/iso/en/CatalogueDetailPage.CatalogueDetail?CSNU http://www.ia.csic.es/Ambiental/Granza/materialesweb.htm http://www.accionrse.cl/home/b_amb_tetra.html http://es.wikipedia.org/wiki/Amplitud_%28sonido%29

NÚMERO RA PROGRAMA Ingeniería de Sonido CONTENIDOS Identificación del tipo de materiales de desecho: selección de las fibras de desecho para componer el panel. Diseño del modelo estructural: determinación de las características físicas del panel. Proceso de manufactura: Elaboración del panel acústico absorbente de sonido. Medición del coeficiente de absorción: obtención de las características acústicas del panel.

NÚMERO RA PROGRAMA Ingeniería de Sonido METODOLOGÍA Tipo de Investigación: Empírico-analítica

Línea de Investigación: Tecnologías Actuales y Sociedad

Sub-línea de la facultad: procesamiento de señales digitales y/o analógicas Hipótesis: El panel acústico creado con desechos de la industria textil y vegetal ofrece absorción acústica, benéficos ambiéntales, un costo reducido y un diseño aplicable a cualquier recinto o lugar en donde se desee disminuir el tiempo de reverberación. Variables Independientes:

Ubicación de lugares óptimos para la distribución y acreditación del producto. Aceptación del producto en el mercado. Apoyo por parte de las empresas posicionadas en el mercado.

Variables Dependientes:

Optima composición del panel acústico. Buen desarrollo del diseño estructural. Mediciones realizadas de acuerdo a la normativa.

CONCLUSIONES

• Las fibras seleccionadas cumplieron con las características técnicas requeridas para crear un panel absorbente de sonido.

• El diseño del molde resulto practico para la elaboración de los paneles, sin embargo por su

tamaño se dificulta la producción industrial.

• La estructura autoportante resulta muy practica, ya que encaja 4 paneles para poder utilizarse como uno solo de mayor medida.

• En el proceso de manufactura se implementaron mejoras para obtener como resultado un panel

con la textura, rigidez y aspecto ideal.

• Los coeficientes de absorción (α ) obtenidos en la medición demuestran que el panel tiene altas características acústicas de absorción en el rango de frecuencias medidas.

• La medición del coeficiente de absorción demuestra que el proceso de investigación, fue un

éxito, en la selección de sus componentes, el diseño y elaboración.

• Con la ejecución de este proyecto se demostró que es viable producir un panel acústico absorbente de excelentes características, para su posterior industrialización y su comercialización.

DISEÑO, ELABORACIÓN Y MEDICION DE UN PANEL ABSORBENTE DE SONIDO, CON MATERIALES DE DESECHO (Desechos de la industria

textil y vegetal).

GIOVANNI ALMANZA RIVEROS

DANIEL EDUARDO LASCANO MARTINEZ

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA DE SONIDO

BOGOTÁ D.C.

2006

DISEÑO, ELABORACIÓN Y MEDICION DE UN PANEL ABSORBENTE DE SONIDO, CON MATERIALES DE DESECHO (Desechos de la industria

textil y vegetal).

GIOVANNI ALMANZA RIVEROS

DANIEL EDUARDO LASCANO MARTINEZ

Proyecto de grado

TUTORES:

ARQ. JOHAN NÚÑEZ

DOCENTE. OLGA LUCIA MORA

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA DE SONIDO

BOGOTÁ D.C.

2006

Nota de aceptación

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Firma del presidente del jurado

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Firma del jurado

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Firma del jurado

BOGOTÁ D.C. 21 de Noviembre del 2006

Dedicado a:

Nuestras familias, por su apoyo, motivación y colaboración, durante

la ejecución de este proyecto y el transcurso de la carrera; a la

Universidad, docentes y compañeros.

AGRADECIMIENTOS

A todas las personas que de alguna u otra forma se involucraron y

colaboraron para que este proyecto saliera adelante:

Arq. Johan Núñez por guiarnos y aconsejarnos.

Docente, Olga Lucia Mora, por guiarnos en la metodología.

Ing. Héctor Álvaro González, por hacer posible la medición del panel.

Ing. Luisa Fernanda Pérez, por su monitoria en la medición.

Ing. Gustavo Kikan por su colaboración en la elección de la resina.

A todas las empresas que nos brindaron información.

GLOSARIO

Amida: derivado del ácido carboxílico.

Autoportante: se llaman autoportantes aquellos productos que son

capaces de soportar todo el peso del apilamiento sin sufrir ningún

deterioro, por lo general son autoportantes los productos que van

envasados en latas, botes o botellas y todos los que por su forma y

dimensiones pueden apilarse unos encima de otros.

Aglomerado: plancha de fragmentos prensados cuya cohesión se

logra mediante un materia conglutinante y una presión adecuada

dentro delos moldes.

Atenuación: en acústica es la reducción de energía sonora al pasar

por un material. Lo materiales se clasifican por su capacidad de

prevenir que los sonidos viajen a través del material.

Biodiversidad: variedad de especies presentes en un ecosistema

determinado y sus caracteres genéticos.

Cámara reverberante: es un recinto cuyo campo sonoro interior se

pretende que se a difuso. Generalmente se logra esta condición

construyendo paredes interiores no paralelas con materiales

altamente reflectantes (que reflejen el sonido).

Coeficiente de absorción: la parte de la energía acústica incidente

que queda absorbida por una superpie o un medio a una frecuencia

determinada. El valor del coeficiente de absorción es función del

ángulo con que incide la onda sonora.

Curvas de lissajous: Uno de los métodos para medir el desfase es

utilizar el modo X-Y. Esto implica introducir una señal por el canal

vertical (generalmente el I) y la otra por el canal horizontal (el II).

(este método solo funciona de forma correcta si ambas señales son

senoidales). La forma de onda resultante en pantalla se denomina

figura de Lissajous (debido al físico francés denominado Jules Antoine

Lissajous).

Difusión sonora: existente cuando la densidad de energía es

uniforme en la región considerada y cuando todas las direcciones del

flujo de energía y todas las partes de la región son igualmente

probables.

Frecuencia: es el numero de oscilaciones de una onda acústica

senoidal ocurrida en el tiempo de un segundo. Es el equivalente a la

inversa del periodo. Comúnmente se expresa en Hz.

Fieltros: especie de paño no tejido resistente, suave y poroso, que

resulta de conglomerar borra, lana o pelo. Alfombra hecha de este

tejido.

Fibras textiles: material compuesto de filamentos susceptible de ser

usados para formar telas, bien sea mediante tejido o mediante otros

procesos físicos o químicos.

Fibras vegetales: la fibra vegetal es el componente de varios

alimentos de origen vegetal, como los cereales, frutas, verduras y

legumbres.

Materia prima: elemento básico para elaboración de un producto o

auxiliar en el mismo proceso; se obtiene directamente de la

naturaleza, minerales, madera, agua, etc.

Material acústico: material con altos coeficientes de absorción.

Poliamida: tipo de polímero que contiene enlaces de tipo amida. Se

encuentran en la naturaleza como lana o seda; o pueden ser

sintéticos como el nylon y poliéster.

Recurso renovable: aquellos recursos naturales que son capaces de

renovarse por si solos.

Reciclar: utilizare el residuo como materia prima para ser

transformado en otro producto.

Resonancia: Es el fenómeno que se produce cuando los cuerpos

vibran con la misma frecuencia, uno de los cuales se puso a vibrar al

recibir las frecuencias del otro.

Standing wave ratio: Es la relación de presión máxima a presión

mínima.

TABLA DE CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCIÓN

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1

1.1 ANTECEDENTES 1

1.2 DESCRIPCION Y FORMULACION DEL PROBLEMA 3

1.3 JUSTIFICACION 4

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 5

1.4.1 Objetivo General 5

1.4.2 Objetivos específicos 5

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO 6

1.5.1 Alcances 6

1.5.2 Limitaciones 7

2. MARCO DE REFERENCIA 8

2.1 MARCO CONCEPTUAL 8

2.1.1 SONIDO 8

2.1.2 Ondas sonoras 8

2.1.3 Frecuencia 8

2.1.4 Longitud de onda 9

2.1.5 Amplitud 9

2.1.5.1 El Decibelio 11

2.1.6 Absorción 11

2.1.6.1 Coeficiente de absorción acústica α 11

2.1.6.2 Materiales absorbentes 12

2.1.7 Aislamiento 12

2.1.7.1 Materiales aislantes 12

2.1.8 Cámara reverberante 12

2.1.8.1 Material reflejante 12

2.1.9 Ensayos en laboratorio 12

2.1.10 Ensayos in situ 12

2.1.11 nivel sonoro Lp 13

2.1.12 Materiales de desecho 13

2.1.12.1 Desecho 14

2.1.12.2 Manejo de desechos 14

2.1.13 Diseño estructural autoportante 14

2.1.14 Procesos de manufactura 15

2.1.15 Métodos para la medición del coeficiente de absorción 15

acústica de los materiales.

2.1.15.1 Tubo de Kundt 15

2.1.15.2 Cámara reverberante 16

2.1.15.3 Método de Mommertz y Vorlander 17

2.2 MARCO LEGAL O NORMATIVO 18

2.3 MARCO TEORICO 21

2.3.1 MATERIALES ACUSTICOS 21

2.3.1.1 Materiales Absorbentes 21

2.3.1.1.1 Estructura Porosa 22

2.3.1.1.2 Superficie 23

2.3.1.1.3 Espesor y Celdas de Aire 24

2.3.1.1.4 Aislamiento y absorción 24

2.3.2 Índices de Absorción del Sonido 26

2.3.2.1 Coeficientes de absorción del sonido 26

2.3.2.2 Variación de la Absorción con el Angulo de Incidencia 28

2.3.2.3 Coeficiente de Reducción de Ruido (NRC) 28

2.3.2.4 Efectos del Montaje Sobre los Coeficientes de Absorción 30

2.3.2.5 Influencia de la Frecuencia 32

2.3.2.6 Influencia del espesor 32

2.3.3 Materiales Absorbentes Como Aislantes Acústicos 33

2.3.4 Influencia de la Densidad 34

2.3.5 Tipos de Materiales Absorbentes 34

2.3.6Selección de Materiales Absorbentes Acústicos 35

2.3.6.1Resistencia Mecánica 36

2.3.6.2 Estabilidad Dimensional 36

2.3.6.3 Reflexión de la Luz 36

2.3.7 Ensayos in situ y en laboratorio 37

2.3.8 ENSAYOS DE ABSORCIÓN 37

2.3.8.1 Elementos a ensayar y disposición de los mismos 37

2.3.8.2 Instrumental 38

2.3.9 Método para la medición del coeficiente de absorción

del panel absorbente de sonido 38

2.3.9.1 Medida en tubo de ondas estacionarias (tubo de Kundt). 38

2.3.9.2 Función de Transferencia 40

2.3.9.3 Teoría para determinar el coeficiente de absorción 40

2.3.9.4 Teoría para determinar el coeficiente de absorción

de sonido utilizando el tubo de Impedancias. 41

2.3.10 Estudio de los materiales de desecho 43

2.3.10.1 Fibras Textiles 44

2.3.10.2 Fibras sintéticas o hechas por el hombre 45

2.3.10.3 Tipos de desechos textiles y sus usos 46

2.3.10.4 Fibras vegetales 48

3. METODOLOGÍA 50

3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN 50

3.2 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN 50

3.3 HIPÓTESIS 51

3.4 VARIABLES 51

3.4.1 Variable Independiente 51

3.4.2 Variable dependiente 52

4. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 53

5. DESARROLLO INGENIERIL 57

5.1 Identificación del tipo de materiales de desecho

para componer el panel acústico absorbente 57

5.1.1 Fibras textiles seleccionadas 59

5.1.2 Fibra vegetal seleccionada 60

5.2 Diseño del modelo estructural del panel autoportante 61

5.2.1 Construcción del Molde 62

5.2.2 Estructura Autoportante 63

5.3 Proceso de manufactura del panel absorbente de sonido 66

5.3.1 Selección de la resina para la unión de las fibras 66

5.3.2 prueba inicial para elaborar el panel 70

5.4 Ensayos para determinar el proceso de elaboración

del panel acústico absorbente. 73

5.4.1 Primer ensayo realizado con el molde definitivo. 73

5.4.2 Segundo ensayo realizado con el molde definitivo. 75

5.4.3 Elaboración del panel definitivo 77

5.5 Mediciones del coeficiente de absorción sonora

del panel acústico. 81

5.5.1 Instrumentación. 81

5.5.2 Procedimiento de Medición del Coeficiente

de Absorción 82

5.5.3 Resultados de la medición del coeficiente

de absorción (α ). 90

CONCLUSIONES 96

RECOMENDACIONES 98

BIBLIOGRAFÍA 99

ANEXOS

101

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Escala de frecuencias sonoras. 9

Figura 2. Amplitud. 10

Figura 3. Escala de niveles sonoros de presión 11

Figura 4. Sonido en una superficie. 25

Figura 5. Coeficiente de absorción α = 70 / 100 = 0,7. 27

Figura 6. Coeficiente de absorción de algunos

materiales usuales. 28

Figura 7. Variación típica del coeficiente de absorción sonora

con la frecuencia. 32

Figura 8. Efecto del espesor sobre el coeficiente de absorción

sonora en función de la frecuencia. 33

Figura 9. Tubo de Kundt (a) y perfil de presión de la

onda estacionaria formada en su interior (b). 39

Figura 10. Representación de la máxima y mínima presión

en un tubo de impedancia para ondas estacionarias. 42

LISTA DE TABLAS Y GRAFICAS

Pág. Tabla 1.Absorción de sonido. 29

Tabla 2. Coeficientes de absorción acústica de los materiales

mas corrientes. 49

Tabla 3. Características de las fibras textiles a elegir. 58

Tabla 4. Características de las fibras vegetales elegir. 59

Tabla 5. Datos obtenidos. 91-94

Tabla 6. Promediación. 95

Grafica 1. Coeficiente de Absorción (α ). 55

Grafica 2. Coeficiente de Absorción (α ). 95

INTRODUCCIÓN

El tratamiento o adecuación acústico de recintos es un campo que ha

avanzado significativamente en los últimos años; considerando que

actualmente se ha reconocido la necesidad de mejorar el desempeño

acústico de los lugares de reproducción, composición musical y donde

se requiera una respuesta acústica con características definidas.

La intención del proyecto es crear un panel absorbente de sonido,

abriendo una ventana a la investigación de materiales acústicos

alternativos, que al implementarse para la solución de problemas

acústicos, se desempeñe de forma satisfactoria, permitiendo su uso

generalizado con la ventaja de tener un bajo costo y así mismo

incentivar a la concientización de la preservación de los recursos

naturales.

El proceso para la elaboración del panel absorbente incluye una

selección de sus componentes, el diseño, la implementación de un

método para el proceso manufactura y la medición del coeficiente de

absorción sonora.

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 ANTECEDENTES

En países como Inglaterra ya se fabrican materiales acústicos hechos

con materias alternativas, en la actualidad se producen pantallas

acústicas absorbentes hechas a base de neumáticos usados (ver

anexo c), estos son derretidos y secados en un molde para que

tomen forma de bolas porosas y luego ensamblados en marcos

hechos con materias recicladas de la utilización industrial, como

textiles y madera.0F

1

En Santiago de Chile la Comisión nacional del medio ambiente está

incentivando la búsqueda de proyectos relacionados con el reciclaje.

El Tectán es uno de los materiales que se desarrollan actualmente en

este país; este aglomerado es fabricado a partir de la trituración y

prensado de los envases Tetra Pak (ver anexo B), su composición es

la misma que la de los envases originales, es decir, cartón, polietileno

y aluminio, que son aislantes térmicos y acústicos, además de gran

resistencia a la humedad. 1F

2

La tendencia mundial es la de utilizar como materias primas material

de desecho no biodegradable, ayudando a eliminar el problema de

manejo de basuras.

En España se trabaja con fibras como el fieltro entrelazadas para la

elaboración de materiales acústicos absorbentes2F

3.

1 http://www.ia.csic.es/Ambiental/Granza/materialesweb.htm 2 http://www.accionrse.cl/home/b_amb_tetra.html 3http://www.acusticaintegral.com/index1.htm

También se han realizado investigaciones acerca de las Propiedades

acústicas de materiales obtenidos de productos naturales como:

(hierba, hojas de pino, mazorcas de maíz trituradas y cáscaras de

cacahuetes). Estos materiales se prensaron para luego medirlos con

diferentes espesores, la medición fue realizada en un tubo de

impedancias 3F

4.

Otro de los proyectos realizados en este país es un velo absorbente

de banda ancha compuesto de fibras y celulosa, que resulta

competitivo frente a los materiales absorbentes más utilizados

tradicionalmente. Estos velos con una cavidad de aire proporcionan

una buena absorción acústica y no producen buenos resultados a la

hora de instalarlos sin cavidad de aire.4F

5

Ampliando lo anterior, los residuos textiles están siendo utilizados

para la elaboración de nuevos materiales alternativos. Las fibras

recuperadas y recicladas también pueden ser utilizadas en la

fabricación de rellenos aislantes, soportes para alfombras, filtros, etc.

La labor por parte de las empresas que manejan el tema en Colombia

(Fiberglass S.A, Promicolda S.A, Calorcol S.A, y Acustec LTDA) no va

mas allá de importar o rediseñar el modelo de los materiales ya

existentes en el mercado mundial (ver anexo A).

4 PDF. Propiedades acústicas de materiales obtenidos de productos ecológicos. Lorenzana Lorenzana, Dolores García Vidaurrázaga, José A Álvarez Pág. 2 5PDF .Absorbentes acústicos de banda ancha constituidos por materiales con fibras y celulosa . J. Pfretzschner; C. de la Colina, F. Simón. Instituto de Acústica. Pág. 2,3.

1.2 DESCRIPCION Y FORMULACION DEL PROBLEMA

Colombia cuenta gracias a su biodiversidad con gran cantidad de

materias primas utilizadas en la industria, generando desechos que

no son reutilizados o aprovechados para la elaboración de otros

productos, simplemente son separados de los procesos de producción

como residuos industriales, más allá de esta situación no se

aprovechan los recursos de carácter renovable afectando la

conservación de los recursos naturales. Las materias primas

utilizadas para la producción de materiales acústicos, son

contaminantes o provienen de recursos naturales como la madera, el

corcho, algodón y otros.

En las visitas realizadas a las empresas fabricantes y

comercializadoras de materiales acústicos, se hizo clara la ausencia

de procesos investigativos sobre materiales alternativos que generen

menor contaminación y que puedan ser producidos a un menor costo.

Por todo lo anterior se hace la siguiente pregunta que describa el

problema

¿Cómo diseñar, elaborar y medir un panel absorbente de sonido, con

materiales de desecho?

1.3 JUSTIFICACION

La investigación enfocada al mejoramiento del manejo de los recursos

naturales y los residuos de los procesos industriales conlleva a la

investigación de una solución a uno de los muchos problemas de

contaminación actuales; se hace necesario implementar procesos que

permitan utilizar material desechado por la industria textil y

alimenticia, disminuyendo el índice de contaminación y costos para su

producción. El diseño de un material absorbente alternativo permite

la accesibilidad a todos y promueve las investigaciones a este nivel.

Es importante buscar el reconocimiento profesional a la luz de

planteamientos efectivos a necesidades propias en áreas donde la

educación superior esta incursionado recientemente como lo es la

ingeniería de sonido.

Se presenta así una nueva e importante alternativa en le mercado

nacional que cumpla con todos los requerimientos de estandarización,

de diseño, innovación, utilidad y respaldo con la normatividad

nacional sobre el tema; adicionalmente se pretende disminuir los

costos, para ampliar los sectores de aplicación y aumentar la

demanda de tratamientos acústicos con materiales alternativos, ya

que las empresas existentes en Colombia llegan a sectores

empresariales y comerciales delimitados; por esto se busca un

producto que pueda ser aplicado y distribuido en todos los sectores

por su bajo costo y excelente desempeño.

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.4.1 Objetivo General

• Diseñar, elaborar y medir un panel absorbente de sonido, con

materiales de desecho.

1.4.2 Objetivos específicos

• Identificar que tipo de materiales de desecho son aptos para

componer el panel.

• Diseñar un modelo estructural del panel acústico absorbente que

sea autoportante.

• Proponer un proceso de manufactura sencillo y viable.

• Realizar las mediciones del coeficiente de absorción sonora del

panel acústico.

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO

1.5.1 Alcances

Promover el estudio de la acústica en Colombia a través de la

investigación y el desarrollo de un panel acústico absorbente hecho

con materiales de desecho, de manufactura artesanal, que cumpla

con la normatividad establecida, a bajo costo y con diseño propio.

Que pueda llegar a ser implementado y distribuido por las empresas

posicionadas en el mercado.

Promover la implementación del panel absorbente para diferentes

proyectos acústicos.

Lograr una metodología para la manufactura de paneles acústicos

con materiales de desecho.

Igualmente se busca contribuir a solucionar el problema de manejo

de desechos y despilfarro de los recursos no renovables, ayudando

así a la preservación del medio ambiente.

1.5.2 Limitaciones

La falta de profesionales y empresas que se desempeñen en el

desarrollo de materiales alternativos específicos para el uso del

control acústico, conlleva a realizar una exhaustiva investigación

necesaria para desarrollar un proyecto de esta magnitud.

No tener fácil acceso a un tubo de kundt o cámara reverberante para

realizar las mediciones del coeficiente de absorción.

Obtención de la normativa debido a su elevado costo.

El difícil acceso a la bibliografía, ya que no se cuenta con libros

específicos de consulta sobre materiales acústicos absorbentes

realizados a partir de materiales de desecho.

2. MARCO DE REFERENCIA

2.1 MARCO CONCEPTUAL

2.1.1 SONIDO.

Variación de presión del aire. En términos físicos sonido es la

vibración mecánica de un medio elástico gaseoso, liquido o sólido a

través del cual se transmite la energía, de un modo continuo, desde

la fuente, por ondas sonoras progresivas.5F

6

2.1.2 Ondas sonoras.

Las ondas sonoras que viajan en el aire, son del tipo longitudinal, es

decir, que se desplazan en las misma dirección que el movimiento

que las generó. Estas poseen un llamado “frente de onda” definido

como aquel plano perpendicular a la dirección de propagación donde

las presiones, desplazamiento de partículas y cambios de densidad

instantáneos tienen la misma fase y amplitud.

2.1.3 Frecuencia.

La frecuencia de un fenómeno periódico, como una onda sonora, es el

resultado del número de veces que este fenómeno se repite a sí

mismo en un segundo (el número de ciclos por segundo).

Habitualmente la frecuencia se designa mediante un número seguido

de la unidad hertzio (símbolo de la unidad Hz). 6F

6

6Vibration and sound. Morse Philip

Figura 1. Escala de frecuencias sonoras.

PDF, Jornada criterios acústicos en diseño de centros docentes

2.1.4 Longitud de onda.

Es la distancia perpendicular entre dos fuentes de onda que tienen la

misma fase; por ejemplo: entre máximos de compresión: Esta

longitud es la misma distancia que la recorrida por la onda sonora en

un ciclo completo de vibración. 7

2.1.5 Amplitud.

En acústica la Amplitud es la cantidad de presión que ejerce la

vibración en el medio elástico (aire). Es decir, la amplitud indica la

cantidad de energía que contiene una señal sonora.

No hay que confundir amplitud con volumen o potencia acústica,

aunque lo que si que es cierto es que cuanto más fuerte suena un

sonido, mayor amplitud tiene, porque se ejerce una presión mayor en

el medio.

En definitiva, la amplitud de una onda es el valor máximo, tanto

positivo como negativo, que puede llegar a adquirir la onda sinusoide.

• El valor máximo positivo que toma la amplitud de una onda

sinusoidal recibe el nombre de "pico o cresta".

• El valor máximo negativo, "vientre o valle".

• El punto donde el valor de la onda se anula al pasar del valor

positivo al negativo, o viceversa, se conoce como “nodo”, “cero”

o “punto de equilibrio”.

Figura 2. Amplitud.

http://es.wikipedia.org/wiki/Amplitud_%28sonido%29

En sonido, normalmente, la amplitud viene definida en decibelios SPL

(dB).7F

7

7http://es.wikipedia.org/wiki/Amplitud_%28sonido%29

2.1.5.1 El Decibelio.

La escala más comúnmente utilizada en Acústica Arquitectónica es la

de decibelios de presión. En esta escala, se define el nivel sonoro Lp

como: Lp = 10 log10 (p/p0)2 , donde p0 es la presión de referencia. La

presión de referencia es tal que, a una frecuencia de 1.000 Hz, el

umbral de audición esté a 0 dB. La figura ilustra con algunos

ejemplos la escala de niveles sonoros:

Figura 3. Escala de niveles sonoros de presión.


2.1.6 Absorción: propiedad de un material o elemento de absorber

o no reflejar el sonido que incide sobre él.

2.1.6.1 Coeficiente de absorción acústica α: proporción de la

energía sonora incidente sobre un material o elemento que no es

reflejada por éste.

2.1.6.2 Materiales absorbentes: absorben la energía acústica de

las ondas que inciden en su superficie transformándola en calor y

reduciendo por consiguiente la energía acumulada en un recinto.

Poseen un coeficiente de absorción sonora considerable.

2.1.7 Aislamiento: propiedad de una partición o de un elemento de

construcción de limitar la cantidad de sonido que se propaga de un

lado al otro.

2.1.7.1 Materiales aislantes: impiden la propagación del sonido de

un recinto a otro.

2.1.8 cámara reverberante: sala especialmente concebida para

lograr en su interior un campo sonoro difuso. Permite, por ejemplo,

realizar medidas del coeficiente de absorción acústica α.(1)

2.1.8.1 Material reflejante: material con bajo coeficiente de

absorción acústica, esto es, que refleja gran parte del sonido

incidente.

2.1.9 Ensayos en laboratorio: ensayos de elementos de

construcción que se llevan a cabo en laboratorio, en condiciones

controladas. Permiten conocer las cualidades acústicas reales de los

elementos, sin verse influidas por el edificio en el que estén situadas.

2.1.10 ensayos in situ: ensayos que se llevan a cabo en edificios

terminados. Permiten estudiar las condiciones acústicas reales en los

edificios.

2.1.11 nivel sonoro Lp: expresión en decibelios respecto a una

presión de referencia de magnitud de las variaciones de la presión

atmosférica que forman el sonido: Lp = 10 log10 (p/p0)2 , donde p0 es

la presión de referencia, igual a 2.105 Pa. La presión de referencia es

tal que, a una frecuencia de 1.000 Hz, el umbral de audición esté a 0

dB.8F

8

2.1.12 Materiales de desecho.

Recuperar materiales de desecho del entorno ayuda a conectar con el

mundo en el que estamos inmersos. Muchos de los desechos que se

votan no son reutilizados y generan gran contaminación al medio

ambiente. Esto es un despilfarro innecesario ya que muchas de las

cosas que se tiran pueden reutilizarse o reciclarse para fabricar

nuevos productos.

No se puede vivir sin generar residuos pero sí se puede minimizar la

cantidad que se produce y ello lo demuestra la utilización de envases

de plásticos, cartones y periódicos, materia orgánica, fibras textiles

de desecho como material base para la construcción de nuevas cosas.

Con ello se pretende inculcar el afán de aprovechar las cosas como

contraposición a esta sociedad de consumo y, a la vez, aprender a

dar valor a los objetos por su posible utilidad, comprendiendo que

todo lo que nos rodea no está acabado en si mismo, que admite

modificaciones y diversos usos dependiendo siempre de la

originalidad.

8http://www.audiomidilab.com/showArticle

Al elegir materiales de desecho se tiene en cuenta que son materiales

abiertos, puesto que mantienen en sí mismos un gran número de

opciones de utilización. Estos materiales favorecen visiones múltiples

de la realidad transformando objetos desde su uso común a otros

insospechados.9

2.1.12.1 Desecho: Todo material o sustancia generada o producida

en establecimientos relacionados con diferentes sectores salud,

humana, cualquiera sea su naturaleza, destinado al desuso o al

abandono.9

2.1.12.2 Manejo de desechos: Conjunto de operaciones dirigidas a

darle a los desechos el destino más adecuado, de acuerdo con sus

características, con la finalidad de prevenir daños a la salud y al

ambiente. Comprende la recolección, almacenamiento, transporte,

caracterización, tratamiento, disposición final y cualquier otra

operación que los involucre.9F

9

2.1.13 Diseño estructural autoportante

El diseño de la estructura autoportante debe tener propiedades que

permitan su fácil instalación, movilidad, esfuerzos laterales suficientes

y terminación estética final. Todas estas características llevan a la

facilidad de aplicación del material y confiere a los paneles una

particular capacidad autoportante.

9http://www.monografias.com/trabajos19/manejo-desechos-solidos/manejo-desechos solidos.shtml#aspect

2.1.14 Procesos de manufactura

Los pasos para llegar al panel absorbente de sonido final se ven

conformados por un proceso de superposición de las fibras, estas no

están necesariamente tejidas, sino entrelazadas debido a un proceso

de prensado, o se puede recurrir a un proceso de pegado de las fibras

mediante resinas que no alteran su composición ni comportamiento

ante la incidencia del sonido; de forma que presenten resistencia al

flujo de ondas homogéneas a lo largo de toda la superficie. Estos

procesos pueden llevar una acabado exterior en fibras que presenten

mayor resistencia exterior.

2.1.15 Métodos para la medición del coeficiente de absorción

acústica de los materiales.

2.1.15.1 Tubo de Kundt

El fundamento del tubo es el siguiente: una onda plana longitudinal

cuya amplitud de presión sonora es A, procedente de oscilador de

frecuencia es enviada a lo largo del tubo mediante un altavoz situado

en un extremo del mismo. La citada onda incide sobre la muestra

cuya absorción se desea medir y esta situada en su porta probetas

colocado en el extremo opuesto del citado tubo, cuando las ondas

inciden parte de la energía sonora es absorbida y otra parte reflejada,

regresando la onda a través del tubo con una amplitud de presión b.

Como resultado del fenómeno de interferencia entre las ondas

incidente y reflejada, se forma una onda estacionaria, cuyo estudio

aporta los datos necesarios para el calculo del coeficiente de

absorción.10F

10

2.1.15.2 Cámara reverberante.

El coeficiente de absorción de un material, α, cuando se encuentra

sometido a un campo acústico bajo condiciones de incidencia

aleatoria se determina a partir de las curvas de extinción registradas

en una cámara reverberante en la que el campo acústico es

completamente difuso.

El procedimiento se encuentra normalizado, en concreto en la norma

UNE – EN 20354:1994 (correspondiente con la norma ISO

354:1985).

El procedimiento a seguir implica registrar el proceso de extinción

tras desconectar una fuente de ruido de banda ancha en el interior de

la cámara, filtrando en bandas de 1/3 de octava (o de octava);

primero sin la muestra, y luego con la muestra montada en el interior

en las condiciones más parecidas posible a las de su instalación in

situ.

Para cada banda de 1/3 de octava obtendremos la pendiente de la

curva de extinción a partir de los resultados experimentales.11F

11

10PDF. Determinación de la absorción e impedancia acústica por el tubo de impedancia. Ing. Pedro Muños. Pág. 1. 11PDF. Medida del coeficiente de absorción acústica. Universidad de Sevilla, Departamento de Física Aplicada. Pág. 1.

2.1.15.3 Método de Mommertz y Vorlander:

Este método se basa en que el sonido reflejado de manera difusa es

incoherente con respecto a la señal incidente, al contrario del sonido

reflejado de manera especular que es coherente con la misma.

Existen dos variantes del mismo. En la primera las mediciones se

hacen en ambiente anecoico. En la segunda, se hacen en un

ambiente reverberante.

En esta última se estima el valor del coeficiente de dispersión a partir

del promediado para varias posiciones del difusor de las curvas de

caída desde el estado estacionario.12F

12

12PDF. Métodos de medición. Universidad Politécnica de Valencia. Pág.3.

2.2 MARCO LEGAL O NORMATIVO

Protocolo de medición, basado en la norma (ASTM C384-98)

Método de prueba estándar para la impedancia y el coeficiente de

absorción acústico en materiales, cubre el uso del tubo de

impedancia, alternativamente llamado aparato de ondas

estacionarias, para la medición de la relación de impedancia y el

coeficiente de absorción de incidencia normal de materiales acústicos.

Procedimiento normalizado

Para la realización de este procedimiento se presentaron las

siguientes condiciones:

• Temperatura entre 21 a 24 grados centígrados.

• Realizar las pruebas en las horas de la noche, ya que el ruido

de fondo es el menor posible.

• Laboratorio sin recubrimiento contra ruido.

• No realizar pruebas cuando esta lloviendo, ya que el ruido de

fondo se incrementa demasiado.

• Verificar que la posición de la muestra sea lo mas perpendicular

posible a la dirección del tubo, para garantizar incidencia

normal.

• La muestra de material debe estar en condición de apriete

dentro del tubo.

a. Auto calibrar el osciloscopio mediante la colocación de sonda en

el punto dispuesto para este propósito en el osciloscopio.

b. Colocar la muestra de material acústico absorbente con la

ayuda del embolo en tubo de impedancia, a una distancia inicial

de 60 cm.

c. Conectar el micrófono directamente a la entrada del

osciloscopio y el generador de señales al parlante.

d. Prender el generador y regular la amplitud de la señal a la 2.5

milivoltios correspondiente a la mitad de su capacidad.

e. Prender el Osciloscopio y fijar una velocidad de barrido de 5

ms/div y una ganancia en el canal de 0.5 v/div. Aunque estos

parámetros pueden variar dependiendo del material y pueden

ser ajustados a consideración del usuario.

f. Fijar el generador de señales para producir 250 Hz. en onda

sinusoidal.

g. Fijar el osciloscopio para obtener figuras de lisayus, mediante la

activación del modo xy.

h. Localizar el tubo a una distancia de 1 cm con respecto del

parlante.

i. Posicionar el micrófono a una distancia de aproximadamente 1

mm de la superficie de la muestra.

j. Observar la figura resultante en el osciloscopio. Si la figura no

se acerca a la forma de un circulo, mover la muestra de

material dentro del tubo 0.5 cm, mediante la ayuda del embolo

retirar el embolo y repetir el paso anterior.

k. Desactivar el modo xy y el canal correspondiente al parlante.

l. Obtener del osciloscopio la lectura de la amplitud de la amplitud

onda; este es el valor correspondiente a (A+B).

m. Desplazar el micrófono hasta obtener en el osciloscopio la

primera onda con la menor amplitud; este valor corresponde a

(A-B).

n. Repetir desde el numeral (f) para frecuencias de 315, 400, 500,

630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500 Hz.

o. Realizar de nuevo el procedimiento para promediar y obtener

resultados mas confiables.

2.3 MARCO TEORICO

2.3.1 MATERIALES ACUSTICOS.

Se ha visto que las propiedades acústicas de los materiales que

constituyen un recinto acústico determinan en gran medida el

comportamiento del sonido dentro y fuera de el. Sin embargo,

cuando se trata de lograr un control del ruido con especificaciones

rigurosas, las características naturales que presentan los materiales

de construcción, revestimiento o ensamblado no son suficientes para

satisfacer tales especificaciones. En ese caso se hace necesario

recurrir a materiales y estructuras especialmente formulados o

acondicionados para tener propiedades acústicas sobresalientes.

Estos materiales se denominan materiales acústicos.

En términos generales la finalidad de los diversos materiales

acústicos es reducir la energía acústica indeseable o perjudicial y

optimizar la distribución de los sonidos útiles. Aunque un material

puede cumplir varias funciones a la vez resulta necesario establecer

las siguientes categorías:

2.3.1.1 Materiales Absorbentes. Son en general materiales

porosos con poros abiertos e interconectados. La absorción de

energía acústica se realiza por dos mecanismos:

1. la transformación de la energía acústica en energía

mecánica (a través de la elasticidad del material) y su

posterior disipación por fricciones internas del propio

material.

2. La fricción viscosa entre el aire y el material en los

intersticios comunicados de la estructura, con disipación

del calor.

Los materiales absorbentes, por su propia estructura suelen ser

livianos, y por consiguiente no son en general buenos aisladores del

sonido. A esto se le agrega el hecho de que son permeables (es decir,

que el aire puede fluir a través de ellos), lo cual contribuye al pasaje

de las ondas sonoras a través de los espacios interconectados. Estas

características tienen otra importante consecuencia, y es que el

desempeño de esos materiales, en particular su coeficiente de

absorción, depende considerablemente del tipo de montaje de los

mismos sobre las superficies a tratar acústicamente. La razón de ello

es que al ser atravesados por una fracción importante de energía, la

misma puede reflejarse sobre la superficie tratada (en general muy

reflectora) y retornar al recinto. Como ejemplo extremo, una ventana

abierta absorbe el 100% de la energía sonora incidente. Sin embargo,

la misma ventana apoyada sobre una pared cerrada de hormigón

¡reflejara el 98% de la energía recibida.13F

13

2.3.1.1.1 Estructura Porosa

Para que un material tenga la habilidad de absorber sonido de forma

apropiada debe dificultar el paso de corrientes de aire. Si la

resistencia al flujo es demasiado alta, por la baja porosidad del

material o posiblemente la total falta de intercomunicación entre

poros, la absorción del sonido es baja porque las ondas no penetran

el material.

13 Compendio practico de acústica. Pérez Miñana Manuel. Pág. 45, 88.

Si la estructura porosa es muy larga y abierta, con una baja

resistencia al flujo de aire correspondiente, la onda sonora penetra

fácilmente, pero la fricción desarrollada es relativamente baja y la

absorción también será baja. En este caso el sonido se refleja en el

material sólido inmediatamente posterior (muro, placa, teja, etc.) y

devuelve el sonido a través del material hasta el salón o espacio, con

poca pérdida de energía. Por lo tanto, materiales teniendo un alto

grado de absorción de sonido son diseñados con estructuras porosas

alcanzando el flujo de aire ideal. Podemos alcanzar este nivel

esencialmente por la densidad y espesor del material y la firmeza y

tamaño de sus fibras.

2.3.1.1.2 Superficie

Cuando éste material acústico deba quedar expuesto a la vista, como

es el caso de los cielo- rasos, es recomendable aplicarle superficies

decorativas que cumplan de una medida u otra con especificaciones

como resistencia, suavidad, durabilidad y reflectancia de la luz, entre

otras. Sin embargo la superficie debe permitir que las ondas sonoras

penetren libremente en el elemento poroso.

Las superficies que atienden esta característica son tres: La primera

es una superficie dura y reflectiva de sonido pero que contenga

aperturas (paneles metálicos) o texturas corrugadas (DURACUSTIC)

por donde penetra el sonido. El segundo tipo es aquella donde se

elabora el material acústico y luego se fisura o se perfora el mismo

(HYTONE – CELOTEX); así aún cuando la superficie esté pintada o con

textura dura, habrá absorción de sonido. Por último son aquellas

superficies de poros abiertos (SUPERACUSTICO), que a través de su

tejido permite la penetración del sonido al material acústico.

2.3.1.1.3 Espesor y Celdas de Aire

Para que el sonido pueda ser absorbido por un material poroso, es

necesario que el aire que contenga esté relativamente libre para su

movimiento en la estructura porosa. La libertad de movimiento es

esencialmente cero en la superficie que soporta el material acústico y

se incrementa al máximo en una distancia de un cuarto de expansión

de onda desde el material de superficie.

Esto indica, que desde que la onda de una frecuencia baja es mayor

que una de frecuencia alta, es necesario mayor espesor para obtener

la máxima absorción en un material expuesto a bajas frecuencias que

a las altas. Una vez reconocidos los materiales acústicos, en especial

los cielo-rasos, basados en los tres factores anteriores, la selección

de los mismos se facilita al diseñador y al constructor, generando así

un resultado acústico apropiado para cada espacio, según las

necesidades creadas.

2.3.1.1.4 Aislamiento y absorción.

Uno de los errores más frecuentes al tratar sobre acústica

arquitectónica es el de confundir aislamiento y absorción.

Hay varios efectos posibles cuando un sonido incide sobre una

partición: el sonido puede ser transmitido a la habitación contigua,

reflejado y devuelto a la habitación, o absorbido por la propia

partición, desapareciendo en forma de calor. Estas posibilidades se

muestran en la figura:

Figura 4.Sonido en una superficie


En la práctica, al hablar de absorción en una habitación no nos

referimos sólo al sonido que desaparece en forma de calor, sino a

todo el que no es reflejado (o sea, el absorbido más el transmitido).

Por ejemplo, materiales como la fibra de vidrio son buenos

absorbentes en altas frecuencias, pero si construyéramos un tabique

sólo con fibra de vidrio la mayor parte del sonido pasaría de una

habitación a la otra, porque la fibra de vidrio es absorbente pero no

aislante.

Un muro pesado de hormigón, por el contrario, es un buen aislante

sonoro y no permite que mucho sonido pase de un lado a otro; pero

refleja la práctica totalidad del sonido que le llega de una habitación

hacia el interior la misma, porque es aislante pero no absorbente.14F

14

14 Ibíd., p, 125, 557.

2.3.2 Índices de Absorción del Sonido

2.3.2.1 Coeficientes de absorción del sonido

El coeficiente de absorción del sonido de un material es una medida

de la propiedad absorbente del sonido del material. Es la relación

(expresada como número decimal) de la potencia sonora incidente

aleatoriamente que es absorbida o no reflejada por el material. Por

ejemplo, un coeficiente de absorción del sonido de 0.65 indica que el

65 por 100 de la energía acústica incidente que llega al material es

absorbida. El coeficiente de absorción del sonido de cada material

varia con la frecuencia. Es habitual hacer una lista de los coeficientes

de un material para seis frecuencias: 125, 250, 500, 1000, 2000,

4000 Hz.

El sonido es reflejado en una superficie igual que la luz en un espejo.

Estas reflexiones tienen efectos importantes en las cualidades

acústicas de una habitación, porque son responsables de la

reverberación, de los ecos e incluso de la propagación del sonido a lo

largo de túneles y pasillos. El control de estas reflexiones es

determinante para la calidad acústica de un recinto, porque

condiciona cualidades como la claridad, unicidad o plenitud de un

sonido.15F

15

Para controlar la reflexión del sonido debemos hacer un uso adecuado

de los materiales reflectantes (esto es, que reflejan gran parte del

sonido incidente) y absorbentes (que reflejan una pequeña parte del

sonido, y absorben el resto).

15 Manual de medidas acústicas y control de ruido. Harris, Cyril.

Se define el coeficiente de absorción acústica α de un material (o de

un elemento) como la proporción de energía sonora que es absorbida

al incidir en él:

Figura 5. Coeficiente de absorción α = 70 / 100 = 0,7


Coeficiente de absorción, α Es la proporción de la energía sonora

incidente que no es reflejada por la superficie. Es función de la

frecuencia.

La absorción acústica de un material depende de la frecuencia del

sonido. Podemos representar por lo tanto el coeficiente α como una

función de la frecuencia o dar un índice global. En el laboratorio

medimos α en bandas de tercio de octava.

A continuación se muestran algunos materiales con sus

correspondientes niveles de absorción:

Figura 6.Coeficiente de absorción de algunos materiales usuales.


2.3.2.2 Variación de la Absorción con el Angulo de Incidencia

Para una frecuencia determinada, el coeficiente de absorción de

cualquier material varía con el ángulo de incidencia de las ondas

sonoras. En un espacio cerrado, las ondas sonoras golpean los

materiales desde muchos ángulos distintos. Por esta razón, los

coeficientes publicados de los materiales comercializados suelen

medirse en una cámara reverberante de laboratorio, en la que las

ondas sonoras son casi difusas, de manera que inciden sobre la

muestra de ensayo desde muchas direcciones.

2.3.2.3 Coeficiente de Reducción de Ruido (NRC)

El coeficiente de reducción de ruido (NRC) de un material es un

numero único que es el valor medio de los coeficientes de absorción

del material a las frecuencias de 250,500,1000,2000 Hz; esta medida

se expresa como el múltiplo mas próximo de 0,05.

por ejemplo, si un material tiene los siguientes coeficientes de

absorción de sonido:

Tabla 1.Absorción de sonido

Frecuencia, Hz Coeficiente de Absorción

125

250

500

1000

2000

4000

0,07

0,26

0,70

0,99

0,99

0,98

Manual de medidas acústicas y control de ruido. Harris, Cyril.

Entonces, el coeficiente NRC de este material es:

(0,26+0,70+0,99+0,99)/4=0,75

Los coeficientes de reducción de ruido se utilizan en la especificación

de los materiales en aplicaciones de control del ruido. Sin embargo,

cuando están implicadas frecuencias bajas o muy altas, suele ser

mejor comparar los coeficientes de absorción en lugar de los

coeficientes NRC. Esto se debe a que un material puede tener un

valor NRC mas alto que otro y sin embargo tener un valor inferior de

absorción para 125 Hz, que puede ser particularmente importante en

un problema concreto de control del ruido.16F

16

16 Ibíd., p. 24.

2.3.2.4 Efectos del Montaje Sobre los Coeficientes de

Absorción

Los coeficientes de absorción del sonido de un material dependen de

cómo este montado o instalado. Por esta razón, se han establecido

distintos montajes normalizados para ensayos de medición. Cuando

se presentan los coeficientes de absorción de un material acústico, se

especifican las siguientes condiciones de montaje normalizados para

pruebas de materiales acústicos:

Montaje tipo A: tendido directamente sobre una superficie rígida

sólida, sin cámara de aire.

Montaje tipo A:

Tendido directamente

Sobre una superficie

Montaje tipo B: Con puntos de conexión sobre un tablero de escayola

con una cámara de aire de 20mm (1/8 in).

Montaje tipo B: pegado

a un tablero de escayola

Montaje tipo D-20: Clavado a tablas de madera de 20 por 40 mm

(3/4 por ½) unidas a la superficie rígida.

Montaje tipo D-20

clavado a tablas de

madera de 20 por 40mm (3/4 ∞ 1/2)

Montaje tipo E-400: Sujeto a un sistema metálico de suspensión, con

400 mm (16 in) de cámara de aire.

Montaje tipo E-400:

Suspendido con 400mm(16in) de

Cámara de aire

Pueden usarse otras condiciones de montaje normalizadas

especificadas por la American Society for Testing and Materials

(ASTM) en la norma E-795.17F

17

17 Compendio practico de acústica. Pérez Miñana Manuel. Pág. 558,559.

2.3.2.5 Influencia de la Frecuencia

Para un material de composición, textura y geometría dados, el

coeficiente de absorción sonora depende fuertemente de la

frecuencia. Ello se debe entre otras cosas a la relación entre la

efectividad de la disipación de energía sonora en forma de calor y la

proporción de la longitud de onda sobre la que actúa el material. En

general la absorción aumenta con la frecuencia.

Figura 7. Variación típica del coeficiente de absorción sonora con la frecuencia.

Compendio practico de acústica.

2.3.2.6 Influencia del espesor

La energía de una onda sonora que incide sobre este tipo de material

se reduce exponencialmente con la distancia de penetración, o lo que

es lo mismo el nivel de presión sonora en decibelios (dB) se reduce

linealmente con el espesor de la muestra.

En el caso ideal de un material absorbente de espesor infinito, la

absorción sonora seria función exclusivamente de la relación entre las

impedancias acústicas especificas del aire y del material.

Para un buen material absorbente formado en su mayor parte por

aire (como la lana de vidrio o la espuma de poliuretano),estas

impedancias acústicas no son muy diferentes y por lo tanto el

coeficiente de absorción sonora seria muy alto, ó, lo que es lo mismo,

la energía reflejada seria muy pequeña. 18F

18

Figura 8. Efecto del espesor sobre el coeficiente de absorción sonora en función de

la frecuencia.

Compendio practico de acústica.

2.3.3 Materiales Absorbentes Como Aislantes Acústicos

Se puede presentar confusiones habitualmente y es la cuestión de si

es posible aislar dos recintos vecinos mediante material absorbente.

En los estudios de propagación del sonido y por medio de la

experimentación y la practica se ha llegado a las siguientes

conclusiones:

a) Un material absorbente en general no sirve como aislante

acústico.

18 Compendio practico de acústica. Pérez Miñana Manuel. Pág. 89,90.

b) Si se deseara que funcione como aislante se requeriría un

espesor excesivo.

c) Como aislador se comporta mejor que si respondiera a la ley de

la masa, pero sucede que por su estructura altamente porosa

es demasiado liviano para aprovechar esta cualidad.

d) En cambio en un material rígido y de alta densidad hay poca

perdida por fricción interna por lo que la energía que no se

transmite es reflejada, volviéndose un absorbente pobre.

2.3.4 Influencia de la Densidad

Para densidades muy bajas la absorción es pequeña. Mientras la

densidad se mantenga por debajo de unos 100 Kg/m3, al aumentar la

densidad aumenta el coeficiente de absorción sonora. Por encima de

dicho valor las fibras están muy aprisionadas, lo cual hace que la

resistencia al flujo sea tan alta como para obstruir la propagación de

las ondas sonoras por los intersticios, de modo que el coeficiente de

absorción sonora vuelve a disminuir. En este caso el material va

perdiendo su porosidad para transformarse en casi rígido y

homogéneo, de allí que deje de ser un buen absorbente.

2.3.5 Tipos de Materiales Absorbentes

Se diseñan especialmente para permitir absorber importantes

proporciones de energía acústica.

Entre estos se encuentran las fibras de vidrio o lana de vidrio y la

lana mineral (obtenida por solado de escoria fundida), que dotadas

de mayor o menor densidad por medio de resinas aglomerantes

permiten diversos grados de absorción.

Se fabrican en forma de fieltros o de paneles semirigidos, que

requieren alguna estructura auxiliar para sostenerlos, y en forma de

paredes autoportantes. Luego están las espumas polimeras de células

abiertas, como el poliuretano (polieter y poliéster), la polimida y la

melamina. Por ser compuestos orgánicos estas espumas son

sensibles en menor o mayor grado a la llama. Estas espumas se

fabrican con relieves en forma de cuñas anecoicas. Este relieve

permite incrementar considerablemente la absorción (reduciendo

además la cantidad de material), ya que la superficie equivalente se

multiplica por tres o más. 19F

19

2.3.6 Selección de Materiales Absorbentes Acústicos

Además de la absorción del sonido, hay que tener en cuenta otras

propiedades o consideraciones al seleccionar un material acústico

incluyendo:

• Propagación y resistencia al fuego

• resistencia mecánica, resistencia al uso

• Estabilidad dimensional

• Reflactancia de la luz

• Atenuación del sonido

• Mantenimiento limpieza y posibilidad de ser pintado

19 Ibid., p. 126.

• Apariencia

• Costo

• Facilidad de instalación, Método de montaje

• Disponibilidad de espacio para instalación acústica

• Peso de la instalación acústica

• Compatibilidad con otros materiales y componentes

2.3.6.1 Resistencia Mecánica

La resistencia mecánica de la mayoría de los materiales acústicos es

relativamente baja (se dañan fácilmente con los golpes).

2.3.6.2 Estabilidad Dimensional

Se dice que un material acústico es dimensionalmente estable si sus

dimensiones físicas no cambian significativamente con los cambios en

humedad y temperatura

2.3.6.3 Reflexión de la Luz

La reflexión de la luz de un material es una medida de su capacidad

para reflejar la luz sobre su superficie. La reflectancia de la luz puede

expresarse como una fracción decimal de la luz incidente que es

reflejada sobre la superficie del material.

Para mantener alto el valor de reflexión del a luz del material acústico

del techo su exterior a de ser lavable y poder pintarse.

2.3.7 Ensayos in situ y en laboratorio.

El objetivo final de la Acústica Arquitectónica es el control del ruido

que soportan las personas en el interior de los edificios. Por lo tanto,

parece lógico controlar los parámetros acústicos de los edificios ya

construidos. Para ello se llevan a cabo ensayos in situ, esto es, en

edificios terminados. Pero debemos intentar prevenir los problemas,

no sólo detectarlos cuando ya es demasiado tarde.

Para prever los resultados que obtendremos con el uso de una

determinada solución constructiva, hay que conocer bien el

comportamiento de la misma. Sin embargo, en los ensayos in situ los

resultados se ven siempre influidos por el conjunto del edificio, y no

podemos aislar los efectos de unas partes y otras. Por ello son

también necesarios ensayos en laboratorio, que nos permiten

estudiar cada elemento aisladamente.20F

20

2.3.8 ENSAYOS DE ABSORCIÓN.

2.3.8.1 Elementos a ensayar y disposición de los mismos.

Cualquier material o elemento es en principio susceptible de ser

ensayado para conocer su capacidad absorbente acústica. En la

práctica, los estudios se limitan a los que afectan a las condiciones

acústicas de nuestro “entorno construido”: falsos techos, paneles

absorbentes, materiales porosos, asientos, cortinas, incluso personas.

20 Compendio practico de acústica. Pérez Miñana Manuel. Pág. 557.

2.3.8.2 Instrumental.

• El instrumental es crítico para la calidad de las medidas, porque

en él leemos los resultados. Los equipos del laboratorio deben

respetar el grado de precisión indicado en las normativas de

medida, y sufrir el mantenimiento y el plan de calibraciones que

garanticen su trazabilidad. por la norma ISO 10534-2

2.3.9 Método para la medición del coeficiente de absorción del

panel absorbente de sonido

Existen distintos métodos para realizar la medición del coeficiente de

absorción acústica de un material. Dos de los mas conocidos son: el

método de cámara reverberante y el método del tubo de impedancia.

2.3.9.1 Medida en tubo de ondas estacionarias (tubo

Impedancias).

El método está también normalizado en la norma europea-

internacional EN-ISO 10534-1: “Determination of sound absorption

coefficient and impedance in impedance tubes. Part 1: Method using

standing wave ratio”. (Método de ondas estacionarias).

El equipo de medida consiste en un tubo rígido, uno de cuyos

extremos se cierra con la muestra del material a ensayar; el otro

extremo está equipado con un altavoz para generar ondas armónicas

planas (tonos puros).

Una sonda, que puede desplazarse por su interior, capta la presión

acústica en diferentes posiciones del eje del tubo y la transmite hasta

el micrófono móvil conectado al sistema de análisis capaz de medir

esta presión. El diámetro del tubo D debe de ser pequeño comparado

con la longitud de onda del sonido. En concreto, se debe verificar

que:

Figura 9. Tubo de Kundt (a) y perfil de presión de la onda estacionaria formada en su

interior (b).

PDF, medida del coeficiente de absorción acústica.

D<λ/1.71

Así aseguramos que no se propagan ondas transversales en el mismo

y que los frentes de onda son planos e inciden normalmente sobre la

muestra. Estas ondas son parcialmente reflejadas por la muestra y

viajan a lo largo del tubo hacia el altavoz. De esta forma se establece

en el mismo un sistema de ondas estacionarias, tal como el mostrado

en la fig. 21F

21

21 Medida del coeficiente de absorción acústica. Departamento de física aplicada. Pág. 2.

2.3.9.2 Función de Transferencia

Una segunda técnica que esta avalada por la norma ISO 10534-2,

Determination of sound absorption coefficient and impedance in

impedance tubes - Part 2: Transfer-function method. (Método de

función de transferencia) es aplicable a un tubo de impedancias. Este

método considera como fuente de excitación un ruido blanco; este

dispositivo permite medir el coeficiente de absorción de un material

acústico partiendo de un tubo de onda plana conectado a un sistema

encargado de captar y procesar la información generada dentro del

tubo, proceso efectuado mediante la función de transferencia para

después producir los resultados de forma inmediata o mediante post

procesamiento. La función de transferencia da la posibilidad de

caracterizar el comportamiento de un sistema en forma compleja y

en dominio de la frecuencia.22F

22

2.3.9.3 Teoría para determinar el coeficiente de absorción de

sonido.

La energía total que choca contra una pared, una parte se refleja,

otra parte, es absorbida en la propia pared y la otra parte,

transmitida al espacio detrás de la pared. Dividiendo éstos, los

fragmentos de energía son:

El coeficiente de reflexión de energía |r|2

El coeficiente de absorción α

El coeficiente de transmisión de energía | t |2

22 AES. Information document. Plane wave tubes, design and practice.

Y aplicando conservación de energía se tiene:

(1)

Suponga una onda plana armónica que choca en dirección normal

sobre una superficie. La onda plana viajera será reflejada con una

disminución de intensidad debido a la absorción del material. Si la

presión de la onda de sonido incidente y reflejada son llamadas Pi y

Pr respectivamente, y el coeficiente de reflexión r a un punto, es

definido por la ecuación:

(2)

Las intensidades de las dos ondas son proporcionales a |Pi|2 y |Pr|2,

el coeficiente de reflexión de energía es:

(3( (3)

si el fragmento de energía que traspasa la muestra es muy pequeña

(despreciable) comparada con la absorbida, entonces el coeficiente de

absorción de energía es obviamente representada por la ecuación23F

23:

(4)

2.3.9.4Teoría para determinar el coeficiente de absorción de

sonido utilizando el tubo de Impedancias.

Si alguna parte de la energía incidente es absorbida por la muestra,

las ondas incidente y reflejada tendrán diferentes amplitudes; y los

nodos en un tubo no muy largo tienen presión cero.

23 http://www.gmi.edu/%7Edrussell/GMI-Acoustics/Absorption.html

Las amplitudes de presión en los nodos y antinodos son medidas con

un micrófono, el cual se desliza a lo largo del tubo y su posición es

determinada por una regla graduada paralela al tubo.

La amplitud en un antinodo de presión (máxima presión) es (A+B), y

la amplitud en un nodo de presión (mínima presión) es (A-B), las

cuales se muestran en la figura. No es posible medir A o B

directamente pero se puede medir (A+B) y (A-B), esto se logra al

resonar la onda en el tubo, formándose de esta manera ondas

estacionarias. Se puede definir la relación de presión máxima a

presión mínima como SWR (standing wave ratio), mediante la

ecuación:

BABASWR

−+

= (5)

Figura 10. Representación de la máxima y mínima presión en un tubo de impedancia para ondas estacionarias

Protocolo de medición.

La ecuación (1) puede ser manipulada para determinar el coeficiente

de reflexión de la potencia del sonido, expresada mediante la

siguiente ecuación:

11

+−

==SWRSWR

ABR (6)

La energía reflejada es proporcional al cuadrado de las relaciones de

amplitud de las ondas, por lo tanto, el coeficiente de absorción del

sonido de la potencia del sonido (α ) de la muestra a una frecuencia

dada esta dado por la ecuación24F

24:

( )( )2

22

111

+−

=−=SWRSWRRα (7)

2.3.10 Estudio de los materiales de desecho

El estudio sobre materiales de desecho que puedan servir para la

elaboración de un panel acústico absorbente, han llevado a

profundizar sobre las características de absorción optimas que

algunos de estos materiales de desecho poseen. En este sentido se

pensó en la posibilidad de utilizar Residuos textiles y residuo de fibras

vegetales.

Muchos de estos residuos de fibras (textiles y vegetales) no son

reutilizados y generan contaminación al medio ambiente ya que son

llevados hacia los vertederos, donde se acumulan en grandes

cantidades.

24 http://www.gmi.edu/%7Edrussell/GMI-Acoustics/Absorption.html

Este tipo de materiales de desecho tienen una ventaja significativa ya

que se consiguen en abundancia y su valor comercial es mínimo.

Los materiales de desecho de fibras textiles y vegetales

seleccionados fueron definidos según su capacidad de absorción de

sonido, Costo, Apariencia y durabilidad.

Dentro de los antecedentes de países industrializados, ya se han

creado materiales alternativos que tienen como materia prima fibras

textiles de otras características pero que conservan el principio de

estas.

Esto conlleva a la elección de fibras textiles provenientes de

desechos de fabricas productoras de telas, ropa, trapos etc, los

cuales desechan esta parte de los tejidos ya sea por calidad, color,

talla; en gran cantidad.

Otro componente para la elaboración del panel son las fibras

vegetales que abundan y ofrecen grandes beneficios por su

durabilidad y capacidad de absorción25F

25, esta fibras se pretenden

utilizar en el panel autoportante para darle un acabado con diseño

artesanal.

2.3.10.1 Fibras Textiles

Estas son objetos flexibles, como cabellos, de diámetro muy pequeño

en proporción a su longitud, la cual puede variar de un centímetro a

más de sesenta centímetros. Vienen de diversas fuentes; las mas

importantes son:

25 Tabla DIM 52216 Coeficiente de absorción de materiales corrientes

Fibras naturales que se encuentran en la naturaleza:

1. fibras Vegetales

- algodón, para hacer telas de algodón

- fibra de lino, para fabricar lino, una tela muy fina.

- Yute, cáñamo para hacer sacos, cuerdas refuerzos para

tapetes.

2. Fibras Animales

- Lana de ovejas, para hacer telas de lana y para tejer.

- Lanas especiales, como alpaca y mohair, para las mejores

telas de lana

- Seda, para fabricar la mas fina de las telas naturales.

- Cerda, normalmente mas corto que la lana y usado

principalmente como relleno.

3. Fibras Minerales

- Asbestos, utilizados para prevención de incendios.

2.3.10.2 Fibras sintéticas o hechas por el hombre

Nylon, rayón, acetato, acrílico, poliéster y otros tipos que se utilizan

para fabricar telas. Estas usan una variedad de materias primas, pero

principalmente el petróleo y la celulosa.

La hilaza es un manojo continuo de fibras, el cual se hace hilándolas,

bien sea a mano o a maquina. El tipo y calidad de la fibra se

determina en parte por la naturaleza de la fibra utilizada y en parte

por la manera como ha sido hilada.

Las fibras, las hilazas, las telas y los trajes se conocen como textiles;

todos comienzan como fibra y los procesos básicos de reciclaje de

textiles consisten en convertirlos de nuevo en fibra. En cada etapa

de la manufactura de textiles, se crean desechos, los cuales se

pueden recolectar y reciclar. 26F

26

2.3.10.3 Tipos de desechos textiles y sus usos

Desechos de cardadura. La cardadura es una de las primeras

operaciones en la fibra cruda natural. Se pasan por cepillos de

alambre (las cardas) a través de la fibra para desenredar los nudos,

remover cuerpos extraños tales como nudos, madera, polvo, y se

coloca la fibra en un manojo uniforme. El material removido durante

el proceso de cardar también contiene algunas fibras cortas, las

cuales sirven de relleno de almohadas, colchones, cojines, juguetes

para niños y muebles.

Desechos de cardador o “borra de peinadora”. El paño de pura lana,

que se utiliza para trajes de hombre, se hila con una fibra que ha sido

peinada paralelamente. Solamente las fibras largas sirven: las cortas

no sirven y se remueven durante el cardado.

26 Textiles el mercado Creciente. Yogler Jonh.

Se llama “borra de peinadora” y se usa para hilar madejas de lana,

en las que no importa la dirección de las fibras. En la industria se

negocia la compra y venta de la borra.

Desechos del acabado. Se puede cortar la tela para lograr un acabado

parejo, esto deja unos pedazos muy cortos de fibra; son uniformes,

suaves y libres de cuerpos extraños que se encuentran en los

desechos del cardado. Sirven para rellenar las almohadas y los

colchones mas suaves.

Los desechos duros. Son piezas de hilazas de las operaciones de

hilado y tejido. Antes de ser hiladas de nuevo debe removerse el

retorcido con una máquina que tiene rodillos y cilindros cubiertos con

dientes en forma de serrucho, los cuales separan la fibra y la estiran.

El material tejido solo se desperdicia cuando:

a. el color de la tela en el telar se cambia, pero el patrón sigue

siendo el mismo.

b. Las muestras de los vendedores se descartan cuando termina la

producción de un patrón determinado.

c. La tela puede estar defectuosa como resultado de un error o

daño en la maquinaria. Este tipo de desecho textil se puede

conseguir a un precio muy comercial.

Los retazos de ropa. Conocidos como retazos de sastrería o trapos

nuevos, son pequeñas tiras o triángulos que sobran cuando un sastre

corta el patrón de una pieza de tela.

De ahí pueden resultar retazos en buena cantidad, de fibra conocida y

aún del mismo color. Este puede ser un material de desecho muy

valioso si existe en el mercado.

Los trapos viejos. Tales como ropa usada, cobijas y ropa de camas,

con frecuencia se botan. Son inferiores a los trapos nuevos porque

pueden venir en distintos tipos de tela y fibras, combinados con no-

textiles y pueden tener botones, hebillas, cierres y pueden estar

sucios. Sin embargo se presentan en grandes cantidades en algunos

países y contienen gran cantidad de tela.27F

27

2.3.10.4 Fibras Vegetales

Las fibras vegetales son principalmente de celulosa, que, a diferencia

de las proteínas de las fibras de origen animal, es resistente a los

álcalis. Estas fibras son asimismo resistentes a la mayoría de los

ácidos orgánicos, pero los ácidos minerales fuertes las destruyen. La

utilización incorrecta de la mayoría de los blanqueadores puede

debilitar o destruir estas fibras. Las fibras de origen vegetal tienen

muchas aplicaciones en la industria del papel. El algodón y el lino son

la base de algunos papeles rugosos de calidad, mientras que las

gramíneas, el cáñamo, el yute y el cáñamo de Manila se utilizan para

fabricar papeles de embalaje y otros de menor calidad. El papel de los

periódicos y el papel de tipo kraft se fabrican con fibra de madera

tratada químicamente. Con fibra de madera y bagazo (la fibra de la

caña de azúcar), y mediante un proceso similar al de la fabricación

del papel, se obtienen tableros para la construcción.

27 Textiles el mercado Creciente. Yogler Jonh.

La industria textil utiliza fibra de coco para elaborar hilos, redes de

pesca, así como relleno para colchones y sillones. A continuación se

mencionan los usos de algunas fibras vegetales:

- algodón, para hacer telas de algodón

- fibra de lino, para fabricar lino, una tela muy fina.

- Yute, cáñamo para hacer sacos, cuerdas refuerzos para

tapetes.

A continuación se muestra una tabla de las propiedades de absorción

acústica de algunos materiales fabricados con fibras vegetales

medidos según la norma DIM- 52216:

Tabla 2. Coeficientes de absorción acústica de los materiales mas corrientes

El arte de proyectar en la arquitectura.

3. METODOLOGÍA

3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN

Esta investigación tiene un enfoque empírico analítico, debido a que

se basa en la extracción de datos, análisis y su interpretación. Por

otro lado con base en esta interpretación se realizan pruebas para

obtener los resultados deseados.

3.2 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN

Tecnologías Actuales y Sociedad

La sociedad requiere de conocimientos técnicos y científicos de

vanguardia que ayuden a la solución de problemas o faciliten los

procesos de mejoramiento de la calidad de vida de las personas que

pertenecen a un grupo social determinado. Por ello, se hace necesaria

la actualización constante de los conocimientos tecnológicos en

diferentes áreas como informática, comunicaciones, control, etc., con

el fin de poder efectuar las aplicaciones y adaptaciones requeridas en

la solución de los problemas y en la satisfacción de las necesidades

de la sociedad.

SUBLÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE LA FACULTAD

Procesamiento de señales digitales y/o analógicas

El campo de interés de la sublínea de trabajo es la detección y

análisis el cual permita verificar el comportamiento de una señal en

diferentes medios y superficies.

CAMPOS DE INVESTIGACION DE LA INGENIERIA DE SONIDO

Campo de acústica

Los conocimientos en acústica física se hacen necesarios para analizar

la propagación del sonido, y así poder obtener parámetros

determinados o cuando se pretenda alterar el comportamiento

acústico de un recinto. Conocer el comportamiento de los materiales

frente a una onda incidente es importante para predecir que

variaciones va a tener el recinto, o que material es el indicado para

lograr tiempos precisos de repuesta acústica; la medición de

coeficiente de absorción de un material se logra teniendo el

conocimiento de métodos utilizados para la obtención de este valor.

3.3 HIPÓTESIS

El panel acústico creado con desechos de la industria textil y vegetal

ofrece absorción acústica, benéficos ambiéntales, un costo reducido y

un diseño aplicable a cualquier recinto o lugar en donde se desee

disminuir el tiempo de reverberación.

3.4 VARIABLES

3.4.1 Variable Independiente

Ubicación de lugares óptimos para la distribución y

acreditación del producto.

Aceptación del producto en el mercado.

Apoyo por parte de las empresas posicionadas en el mercado.

3.4.2 Variable dependiente

Optima composición del panel acústico.

Buen desarrollo del diseño estructural.

Mediciones realizadas de acuerdo a la normativa.

4. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS El producto final de este proyecto fue la creación de un panel

absorbente de sonido elaborado con materiales de desecho, que

ofrece un excelente coeficiente de absorción el cual es el resultado de

una ardua investigación sobre materiales para su composición,

resinas de pegado, y la creación de un proceso de fabricación; que

llevo a la elaboración de un material alternativo de optimo

desempeño.

En el proceso de investigación se estudiaron varios tipos de fibras

textiles y vegetales, donde se observaron las características físicas y

técnicas. Estas fibras se compararon de acuerdo con las propiedades

que se requieren para la composición del panel absorbente. El

resultado de este proceso fue la selección de la fibra de poliéster que

presenta excelentes características de absorción y durabilidad; y la

fibra de coco componente que posee buena respuesta en frecuencias

bajas y le da rigidez al panel.

Al tener seleccionadas las fibras se realizaron estudios y pruebas

sobre resinas de pegado que no alteraran las características de las

fibras y que le proporcionaran buen desempeño y estructura al panel.

Teniendo los componentes se busco el método de elaboración, por

medio de pruebas y análisis, que diera como resultado un panel

uniforme, compacto y con características absorbentes.

Teniendo un panel como se esperaba se realizo la medición para

comprobar el éxito de la investigación realizada y obtener el

coeficiente de absorción(α ).

Imágenes del Panel

Esta investigación deja como resultado un panel autoportante de las

siguientes características:

Características Técnicas.

• Material: Elaborado con fibras de poliéster y coco.

• Comportamiento: Absorbente puro.

• Placas: 40 x 40 cm.

• Espesor: 2.5 cm

• No putrefactible

• Totalmente reciclable.

• Aspecto exterior totalmente agradable.

• Peso = 275 gr.

Características Acústicas.

Esta grafica muestra la variación del coeficiente de absorción acústica

(α ) del panel, en función de la frecuencia:

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

250 500 1000 2000 4000

Frecuencias (Hz)

Co

efi

cien

te d

e a

bso

rció

n (α

)

Grafica 1. Coeficiente de Absorción (α )

• Para la frecuencia de 250Hz el coeficiente de absorción (α ) es

de 0.772, indicando alta absorción en frecuencias bajas.

• En la frecuencia de 500Hz, el coeficiente de absorción (α ) es de

0.935; Esta frecuencia es la que presenta el valor máximo de

absorción. Es importante resaltar el control en esta frecuencia

que se logra con la unión de las dos fibras (poliéster y coco).

• La frecuencia de 1000Hz, tiene un coeficiente de absorción (α )

de 0.874, Esta frecuencia es importante para la percepción

auditiva logrando un buen comportamiento en frecuencias

medias.


de 0.805. Se sigue evidenciando un buen comportamiento y

control de atenuación para esta frecuencia.


de 0.782. Se observo que el comportamiento es constante y

notable en altas frecuencias.

En la medición del coeficiente de absorción observamos que la

combinación de las fibras que componen el panel, logran un buen

control tanto en frecuencias bajas como en altas, lo cual es una de

las características mas importantes del panel.

5. DESARROLLO INGENIERIL

La elaboración, diseño y medición de un panel acústico absorbente

implica una exhaustiva investigación en la que hay que estudiar y

analizar las características de las fibras textiles y vegetales, los

comportamientos y propiedades de resinas de pegado, el diseño de

un molde que lleve a producir un material con excelentes

características físicas; al tener toda la información anterior se puede

plantear una metodología de fabricación que será probada en

repetidas ocasiones hasta lograr el panel acústico absorbente

deseado.

Recurrir a la utilización de los desechos es una tendencia mundial,

que busca reducir la contaminación y desarrollar productos con

iguales propiedades de los realizados con materias de primera mano.

Para el diseño del panel se contó con los recursos teóricos y técnicos

a disposición para minimizar el margen de error. Se busco confirmar

que en Colombia se pueden desarrollar materiales acústicos

alternativos, aun sin contar con tecnología de punta.

5.1 Identificación del tipo de materiales de desecho para

componer el panel acústico absorbente

Para determinar que tipo de materiales de desecho se van a utilizar

se debe tener en cuenta las características físicas que debe tener un

panel absorbente:

• Porosidad

• Propagación y resistencia al fuego

• Resistente a: Insectos, microorganismos (moho, descomposición)

• Resistente a la humedad

Estas características se pueden identificar fácilmente y de esta

manera evitamos incluir un material que pueda cumplir con las

características de absorción, pero que no se pueda utilizar porque al

instalarlo acarrearía una serie de problemas en los recintos.

Teniendo en cuenta estas condiciones se visitaron fábricas de

colchones telas y encajes. Se obtuvieron 4 muestras de fibras

textiles que son productos de desecho en los procesos de fabricación:

Tabla 3. Características de las fibras textiles a elegir. Porosidad Resistencia

al fuego

Insectos,

microorganismos

Resistente

a la

humedad

Durabilidad

Hilos Poliéster X X X X X

Hilos Nylon X X X X X

Mota de algodón X

Hilos Lycra X X X

Gestores del proyecto

De acuerdo a esta tabla se eliminaron dos de los materiales, la mota

de algodón y los hilos de lycra. Con los dos materiales restantes

(hilos de poliéster, hilos de nylon) se iniciaron las pruebas.

Para la selección de la fibra vegetal se consultó en el centro de

información del Servicio Nacional de Aprendizaje (SENA) a través de

La Unidad Municipal de Asistencia Técnica Agropecuaria (UMATA) que

funciona a nivel nacional y se recopilo la información sobre los

desechos de la producción agrícola. De la información suministrada se

escogieron 3 posibles materiales:

Tabla 4. Características de las fibras vegetales elegir. Porosidad Resistencia

al fuego

Insectos

microorganismos

Resistente a la

humedad

Durabilidad

Fibras de coco X X X X X

Cascarilla de

arroz

X X X X X

Fibra cáscara

de mazorca

X X

Gestores del proyecto

Después del proceso de selección se descarta la fibra de cáscara de

mazorca por no cumplir en su totalidad con las características

básicas.

5.1.1 Fibras textiles seleccionadas

Hilos de Nylon

El nylon es un polímero sintético que pertenece al grupo de las

poliamidas. Es una fibra manufacturada la cual está formada por

repetición de unidades con uniones amida entre ellas.

Las sustancias que componen al nylon son poliamidas sintéticas de

cadena larga que poseen grupos amida (-CONH-) como parte integral

de la cadena polimérica.

Hilos de Poliéster

Estas fibras, junto con las acrílicas y las de poliamida, constituyen las

fibras sintéticas más importantes de la industria textil. Las fibras de

poliéster son elásticas y muy resistentes a la tracción y al roce,

acercándose a los valores mecánicos de las fibras de poliamida. Son

muy estables a la luz, a los ácidos, oxidantes y disolventes, pero no

demasiado frente a las bases, las cuales, concentradas y en caliente,

actúan saponificando el poliéster. Absorben menos humedad que las

fibras acrílicas y poliamídicas, pero algo más que las vinílicas y

olefínicas. Son, además, fáciles de lavar y secan rápidamente.

5.1.2 Fibra vegetal seleccionada

Fibras de cáscara de coco

Se seleccionó la fibra de coco por cumplir con las características

requeridas. Se desechó la cascarilla de arroz que también cumple con

las características básicas porque ya se esta desarrollando una

investigación con esta fibra.28F

28 La cáscara se emplea,

fundamentalmente, como fibra para diversas aplicaciones

industriales. La fibra de coco pertenece a la familia de las fibras

duras.

28 www.fceia.unr.edu.ar/labinfo/ pdf/info_academica/carreras/fisica/miyara.pdf

Se trata de una fibra compuesta por celulosa y leño que posee baja

conductividad al calor, resistencia al impacto, a las bacterias y al

agua. Su resistencia y durabilidad lo hacen un material adecuado

para el mercado de la construcción para usarlo como material de

aislamiento térmico y acústico. La industria textil utiliza fibra de coco

para elaborar hilos, redes de pesca, así como relleno para colchones y

sillones.

"Es posible hacer una industria artesanal basada en la cáscara y fibra

del coco para hacer paneles acústicos alternativos”.29F

29

5.2 Diseño del modelo estructural del panel autoportante

Para la elaboración del panel acústico absorbente, se diseñó un molde

con el cual el material tomará una forma cuadrada de medidas 40cm

de largo, 40 cm de ancho y la altura fuera variable de acuerdo a la

necesidad; las medidas de largo y de ancho se basaron en la

capacidad de la prensa.

Diseño previo del molde

29 http://www.soyentrepreneur.com/pagina.hts?N=13938

Medidas: (41.5x41.5x15cm)

Espesor lamina de hierro: ¼ de pulgada para soportar la presión

ejercida sin deformar el molde

Orificios de ventilación para facilitar la eliminación de aire y facilitar el

secado de la resina.

5.2.1 Construcción del Molde

• Lamina de hierro ¼ de 41.5 x 41.5 cm (1)

• Lamina de hierro ¼ de 41.5 x 15 cm (2)

• Lamina de hierro ¼ de 40 x 15 cm (2)

• Lamina de hierro ¼ de 40 x 40 cm (1)

Procedimiento

Se pulieron cada una de las partes, luego se realizaron perforaciones

con un taladro mecánico de árbol en las láminas de hierro de 40x15,

41.5x15cm en la parte inferior de la lámina a una distancia de 4.5

cm entre orificios, se utilizó esta distancia buscando el equilibrio para

evitar una deformidad en el panel por exceso de perforaciones, pero

sin perder la ventilación del panel. En la lámina de hierro de 40x40

cm se realizaron orificios imitando una cuadricula sobre toda la

superficie para la respiración del material y permitir el secado de los

agentes compactantes.

Perforación de las laminas de hierro.

Se procede a soldar las laminas para formar una caja de 15 cm de

alto y 41.5 cm de ancho. La tapa del molde de 40 x 40 cm se le

adicionan 2 manijas a lado y lado soldadas para facilitar el manejo de

la tapa y su ubicación en el molde.

Armado del molde.

5.2.2 Estructura Autoportante

Para realizar la estructura autoportante del panel acústico, se diseño

un modelo en madera para soportar 4 paneles de 40 x 40cm

formando un marco alrededor de ellos haciéndolo resistente y

durable.

Construcción de la estructura en madera.

Para adaptar el marco de madera en los paneles primero se colocó en

la parte superior la primera pieza encajándola y posteriormente las

otras como se muestra a continuación:

Ajuste de las piezas de madera sobre el panel.

El marco en madera tiene en la parte trasera unos orificios para

colgar la estructura de tal modo que se sostenga por si misma,

logrando un modelo autoportante:

Orificios para colgar el modelo autoportante.

Estas son las vistas principales del modelo estructural del panel

autoportante:

Vista delantera vista trasera

Ejemplos de instalación

5.3 Proceso de manufactura del panel absorbente de sonido

5.3.1 Selección de la resina para la unión de las fibras

Primera prueba

Realizada en molde de madera, aplicando la resina de látex con

brocha. Esta prueba se realizó con dos clases de fibra (Poliéster,

Nylon) esta fibra se utilizó sin limpiarla manualmente.

Se aplicó una capa fina de fibra, luego se esparció látex con una

brocha, pero la fibra se adhería a la brocha entonces en algunas

partes se aplicaba salpicando la brocha, luego se incorporaba otra

capa de fibra para que se adhiera a la primera capa, este paso se

repitió 3 veces. Al terminar estos pasos se puso un cartón encima

para compactar el material y se dejó en secado por 3 días. Cuando se

retiró el material, este se había pegado al cartón y en partes se pegó

al molde. El material tenía partes rígidas y otras despegadas; esto

debido a que no se aplico la resina de látex en forma homogénea.

Segunda prueba

Pruebas realizadas en el angar de la universidad de San

Buenaventura. Estas pruebas se realizaron con resina de poliéster;

como alternativa para la compactación de las fibras. El proceso que

se realizó fue el siguiente:

Aplicación de 5 capas de cera desmoldante marca Simoniz, a los

recipientes de prueba, en intervalos de 10 minutos.

La primera prueba se realizó en un molde de cerámica con una resina

elaborada con la siguiente combinación:

88% de resina de poliéster

10% monómero estileno

0.7% octoato de cobalto

1.3% mek peroxido

Primer ensayo

En esta prueba se observó que la resina se compactó rápidamente, lo

cual no es muy conveniente puesto que la colocación de la fibra en el

molde requiere tiempo, además de esto la resina es muy viscosa lo

cual no permite aplicarla con pistola ni brocha, entonces se aplicó

goteándola sobre la fibra.

Cuando la resina secó totalmente se observó que el material quedo

muy rígido y se perdió la porosidad de las fibras. Se llegó a la

conclusión que no era viable esta composición.

Segundo ensayo

Esta vez la combinación fue la siguiente

55% de resina de poliéster

42% monómero estileno

2% octoato de cobalto

1% mek peroxido

Aplicación de fibras compuesto final

En esta prueba la resina estaba menos viscosa lo cual facilitaba la

aplicación en las fibras.

Al día siguiente se observo en el material que habían partes rígidas y

otras húmedas, por esto se dejó dos días mas pero después de esto

seguía teniendo las mismas características y un olor fuerte, esa

reacción se debe a la combinación de la resina de poliéster y a la

aplicación poco homogénea en el material, por esto se concluye:

Al bajar la viscosidad del poliéster, este pierde sus facultades de

solidificación, por esto se llega a la conclusión que esta resina no es

apta para compactar el panel.

5.3.2 prueba inicial para elaborar el panel

Realizada en molde de madera, aplicando la resina de látex con

pistola de aire a 25 libras de presión y con la aplicación de silicona

desmoldante. A continuación se muestran los pasos que se

siguieron:

Selección y limpieza del material

En este paso se separaron los materiales (Fibra de Poliéster, nylon,

mota, fibra de coco), para luego retirar las partículas de suciedad

manualmente.

Agrupación de las fibras previamente seleccionadas.

Molde con silicona desmoldante

En este paso se aplicó al molde silicona desmoldante que evita que la

resina y las fibras se adhieran al molde, al aplicar esta silicona se

espera 30 minutos aproximadamente para que seque completamente

Aplicación de la primera capa de fibra

En este paso se aplica una capa fina de fibra textil (Poliéster, Nylon),

para luego aplicar una capa de látex que compactara esta capa de

material.

Compresor utilizado para aplicar el látex. Pistola para la aplicación del látex.

Después de la primera capa de látex se aplica más material en el

molde y después se repite el proceso anterior por 4 veces

consecutivas. finalmente se tapa el molde y se espera a que la resina

de látex seque completamente.

Este molde se dejo en secado 2 días, luego se retiró el material del

molde pero conservaba partes húmedas por esto se dejó en secado

otro día mas, este comportamiento del látex llevó a la conclusión que

el molde necesitaría agujeros de ventilación; todo este proceso da las

características del molde final.

se analizó que el látex aglomera bien las fibras y que su aplicación

con pistola de aire mejora su rendimiento, además el material

conservaba la porosidad y no se pegó al molde gracias a la silicona

desmoldante se concluye que las variaciones realizadas en el

procedimiento hacen mas fácil la elaboración del panel, por esto se

aprueban para la utilización en la fabricación de los paneles

definitivos.

5.4 Ensayos para determinar el proceso de elaboración del

panel acústico absorbente.

5.4.1 Primer ensayo realizado con el molde definitivo.

El primer paso fue aplicar silicona desmoldante con una brocha

homogéneamente en el molde, se espero 30 minutos para que

secara. Luego se incorporó fibra de poliéster en el molde de manera

uniforme.

Aplicación de silicona desmoldante y de las fibras textiles.

Después de ubicar las fibras en la totalidad de la base del molde se

procedió a aplicar la capa de látex; posteriormente se esparció más

fibra en el molde sin dejar secar el látex, para que estas se adhieran

a la primera capa de fibra.

Aplicación de látex con pistola

En esta parte del proceso se coloca la tapa sobre el material para

compactarlo y esperar el secado del látex. Repitiendo este proceso 6

veces para lograr un espesor similar al de otros materiales

absorbentes.

Ubicación de la tapa en el molde.

Al terminar el proceso se espero 12 horas y luego se retiró el material

del molde obteniendo un panel con fallas en su estructura pues su

espesor y rigidez no eran óptimos para utilizarse como panel

acústico.

Vistas del primer panel.

En esta prueba se analizaron varios aspectos:

• Se aplicó mucha fibra entre capa y capa lo cual ocasionó que el

material no lograra un compactación homogénea.

• Al aplicar el látex, el aire que provenía de la pistola movía las

fibras creando nudillos de fibra, que producen como

consecuencia un material final con protuberancias.

• A este material no se le aplicó un peso adicional al de la tapa

dejando el material desprendido en algunas de sus partes y con

poca rigidez.

• La fibra de poliéster no absorbe el látex, simplemente se

adhiere a las fibras y las compacta sin perder porosidad.

5.4.2 Segundo ensayo realizado con el molde definitivo.

Se realizaron los mismos pasos del primer ensayo pero esta vez con

fibras de Nylon, para comparar los resultados obtenidos.

Para solucionar varios de los problemas de la primera prueba, se

incorporó una rejilla durante la aplicación del látex para evitar el

movimiento de las fibras y se redujo el volumen de material por capa.

Aplicación de látex con rejilla.

Después de cada aplicación de fibra y látex se agregó peso de 65 Kg.

para lograr una mayor compactación y rigidez del material:

Compactación de las fibras.

Este proceso se repitió 6 veces para lograr un mejor resultado que el

de la primera prueba.

Vistas del panel

En esta prueba se analizaron varios aspectos:

• El panel mejoró en su rigidez y apariencia.

• El panel tenia presencia de oxido de hierro, debido a las

perforaciones de la tapa superior.

• Debido al exceso de látex en la última capa, provocó un

aglutinamiento en esta parte del panel.

• Las fibras de Nylon absorben la resina de látex de manera tal

que el material pierde gran parte de su porosidad. esto a su

vez deforma el panel, dejando partes desiguales.

5.4.3 Elaboración del panel definitivo

Como se observo en los anteriores ensayos, el poliéster presento

cualidades acústicas absorbentes. Se analizó que con las mejoras del

proceso de elaboración, la combinación de poliéster y latex produce

un panel de excelentes características.

Procedimiento

Primero se separan las fibras de Poliéster y luego se procede a

cortarlas aproximadamente en tiras de 5cm para facilitar su

manipulación. La fibras de coco se limpian y se cortan en tiras 2cm.

Clasificación de fibras

Se prepara el molde aplicando con brocha 5 capas de silicona

desmoldante para facilitar el retiro posterior del material y se deja

secar por 30 minutos.

Aplicación de silicona desmoldante

Se aplica la primera capa de fibra textil, posteriormente se aplica con

pistola una capa de látex natural y encima otra capa de fibra para

que esta se adhiera a la primera capa; esto evita que se pegue el

látex a la tapa del molde.

Para la aplicación del látex se debe utilizar material de protección de

ojos(gafas), tapabocas y overol:

Protección de ojos, tapa bocas y overol.

Se pone encima del molde la tapa y se deja secar por 10 minutos,

después se repite el procedimiento anterior 8 veces.

Compactación de las fibras

Por ultimo se aplica la fibra vegetal de coco y una capa de látex

dando rigidez al panel y optimizando la absorción, luego se tapa y se

ejerce presión adicionando un peso de 80kg por 20 minutos para

obtener el grado de compactación deseado y un espesor de 2.5cm.

Después de esto se deja en secado por 12 horas, luego es retirado

del molde finalizando así el proceso de elaboración.

Aplicación de la fibra vegetal

Vistas del panel acústico absorbente de sonido.

5.5 Mediciones del coeficiente de absorción sonora del panel

acústico.

5.5.1 Instrumentación

o Tubo de resonancia Pasco WA-9612

Este instrumento tiene varios usos, se utiliza en investigación de la

propagación de las ondas de sonido, se puede medir la velocidad

del sonido, frecuencias de resonancia y comparaciones de presión

máxima a mínima (Standing wave ratio).

Características

Tubo de resonancia de 90cm de largo en material acrílico,

con diámetro de 35mm.

Micrófono en miniatura de fácil desplazamiento dentro del

tubo, que facilita la localización de los nodos y antinodos.

Escala métrica para facilitar la posición de la muestra.

Embolo que ayuda a ubicar la muestra dentro del tubo.

Adaptador de plug banana.

Parlante ensamblado (WA-9662).

Tubo de Resonancia

o Osciloscopio Hung Chang 6504

o Generador Leader LFG-1300

o Sondas de conexión

Equipos utilizados para realizar la medición del coeficiente de absorción del panel.

5.5.2 Procedimiento de Medición del Coeficiente de Absorción

Para la realización de este procedimiento se presentaron las

siguientes condiciones:

• Día de la Medición: jueves 5 de octubre de 2006, de 6pm a

11pm

• Lugar de la Medición: Pereira, Risaralda; Universidad

Tecnológica de Pereira, Laboratorio de Tecnología Mecánica.

• Temperatura: entre 22 a 24 grados centígrados.

• Protocolo de medición, basado en la norma (ASTM C384-98)

• El Laboratorio donde se realizaron las mediciones no posee

aislamiento acústico, por este motivo se realizaron las

mediciones en horario nocturno.

• Se calibro el osciloscopio mediante la colocación de las sondas

provenientes del canal 1 y 2, en el punto dispuesto para este

propósito y las perillas de cada canal ubicadas en el punto de

calibración.

• Se probo el generador de señales, mediante su conexión al

osciloscopio, observando que la señal configurada para emitirse

en el generador correspondiera a la visualizada en el

osciloscopio.

a. Se ensamblo el tubo de resonancia de acuerdo al manual

suministrado y las indicaciones del monitor de medición.

Partes del tubo de resonancia

Tubo ensamblado

b. Se corto una muestra de diámetro de 37mm, para que entrara

ajustada y fuera los mas perpendicular posible a la dirección del

tubo y así garantizar incidencia normal:

muestra de diámetro(37mm)

c. La muestra de material acústico absorbente fue colocada con

ayuda del embolo en el tubo de impedancia, a una distancia de 60

cm como lo indica el protocolo de medición.

Muestra incorporada en el tubo

d. Teniendo los instrumentos en condiciones optimas se procedió a

conectar el sistema.

• El cable de color azul sale del generador hacia las entradas del

parlante.

• El cable de color rojo conecta la salida del generador a la

entrada del canal 1 del osciloscopio(esta conexión se realiza

debido a que el generador utilizado solo posee una salida).

• El cable de color negro conecta el micrófono a la entrada del

canal 2 del osciloscopio. (como se muestra a continuación):

Diagrama de Conexión

Imagen del sistema de medición

e. Se comprobó que la señal que emite el generador llegue

correctamente al parlante; posteriormente se verifico que las

entradas del osciloscopio recibieran las señales del generador y las

captadas por el micrófono.

f. Se configuro el generador regulando la amplitud de la señal a 2.5

milivoltios correspondiente a la mitad de su capacidad.

g. El osciloscopio se fijo a una velocidad de barrido de 5 ms/div y una

ganancia en el canal de 0.5 v/div.

h. Se fijo el generador de señales para producir 250 Hz, en onda

sinusoidal.

i. El tubo se fijo a una distancia de 1 cm con respecto del parlante

j. El micrófono se coloco dentro del tubo a una distancia de

aproximadamente 1 mm de la superficie de la muestra.

Ubicación del micrófono a 1mm de la muestra

k. Mediante la activación del modo xy, se observo que la figura

resultante en el osciloscopio se acerca a la forma de un circulo

(figura de lissajous), lo que indica que hay un desfase de 90°, que

es el utilizado para este tipo de medición.

Figuras de Lissajous.

l. Se desactivo el modo xy para obtener la lectura en el osciloscopio

de la amplitud, de la amplitud de onda. La lectura de esta amplitud

se visualiza calculando el numero de cuadros de división que

transcurre a lo largo de la cuadricula que posee el osciloscopio. El

valor de cada cuadro es de 0.5v.

m. El valor de (A+B) correspondiente a la amplitud en un antinodo de

presión (máxima presión), se obtuvo de la señal captada por el

micrófono a 1mm de la muestra.

Amplitud en un antinodo de presión (A+B)

n. Para obtener (A-B) correspondiente a la amplitud en un nodo de

presión (mínima presión), se desplazo el micrófono dentro del

tubo suavemente en dirección opuesta a la muestra hasta obtener

en el osciloscopio la primera onda con la menor amplitud.

Amplitud en un nodo de presión (A-B)

o. El procedimiento se repitió desde el numeral h, fijando en el

generador de señales, las frecuencias a medir (250, 500, 1000,

2000, 4000Hz).

p. Al obtener las mediciones de las anteriores frecuencias se repitió el

procedimiento 18 veces para adquirir datos mas exactos de la

medición de la muestra.

q. Teniendo los datos de las 18 mediciones se realizan los cálculos

para obtener el coeficiente de absorción.

r. Al tener los valores de (A+B) y (A-B), se calculo la relación de

presión máxima a presión mínima SWR (standing wave ratio),

mediante la ecuación:

BABASWR

−+

=

s. Luego de obtener la relación de presiones SWR (standing wave

ratio), se calculo el valor del coeficiente de reflexión, mediante la

ecuación:

11

+−

==SWRSWR

ABR

t. Al tener el valor del coeficiente de reflexión, se hallo el coeficiente

de absorción del sonido (α ) para las frecuencias de (250, 500,

1000, 2000, 4000Hz), mediante la ecuación:

( )( )2

22

111

+−

=−=SWRSWRRα

u. Una vez obtenidos los 18 valores del coeficiente de absorción (α ),

se promedian para cada una de las frecuencias, logrando una

medición de mayor confiabilidad.

5.5.3 Resultados de la medición del coeficiente de absorción

(α ).

A continuación se muestran los datos obtenidos en las 18 mediciones

realizadas para las frecuencias de (250, 500, 1000, 2000, 4000Hz):

Tabla 5. Datos obtenidos

Medición 1

Frecuencia (A+B)max (A-B)min SWR R α 250Hz 1,1250 0,3750 3,000 0,5000 0,750 500Hz 1,5000 0,7500 2,000 0,3333 0,889

1Hz 1,2500 0,6250 2,000 0,3333 0,889 2Hz 1,1250 0,5000 2,250 0,3846 0,852 4Hz 1,0000 0,3750 2,667 0,4545 0,793

Medición 2


1Hz 1,5000 0,6250 2,400 0,4118 0,830 2Hz 1,3750 0,4375 3,143 0,5172 0,732 4Hz 0,8750 0,3750 2,333 0,4000 0,840

Medición 3


1Hz 1,5625 0,7500 2,083 0,3514 0,877 2Hz 1,5000 0,4375 3,429 0,5484 0,699 4Hz 1,0000 0,3125 3,200 0,5238 0,726

Medición 4


1Hz 1,6875 0,8750 1,929 0,3171 0,899 2Hz 1,3125 0,5625 2,333 0,4000 0,840 4Hz 1,0000 0,3750 2,667 0,4545 0,793

Medición 5


1Hz 1,6875 0,8750 1,929 0,3171 0,899 2Hz 1,3125 0,5625 2,333 0,4000 0,840 4Hz 1,0000 0,3750 2,667 0,4545 0,793

Medición 6


1Hz 1,7500 0,8750 2,000 0,3333 0,889 2Hz 1,3125 0,5625 2,333 0,4000 0,840 4Hz 1,0000 0,3125 3,200 0,5238 0,726

Medición 7


1Hz 1,5625 0,6250 2,500 0,4286 0,816 2Hz 1,5000 0,5000 3,000 0,5000 0,750 4Hz 1,1250 0,3750 3,000 0,5000 0,750

Medición 8


1Hz 1,4375 0,8750 1,643 0,2432 0,941 2Hz 1,1250 0,4375 2,571 0,4400 0,806 4Hz 1,0000 0,3750 2,667 0,4545 0,793

Medición 9


1Hz 1,4375 0,5000 2,875 0,4839 0,766 2Hz 1,3750 0,4375 3,143 0,5172 0,732 4Hz 0,9375 0,3125 3,000 0,5000 0,750

Medición 10


1Hz 1,1875 0,6250 1,900 0,3103 0,904 2Hz 1,2500 0,5625 2,222 0,3793 0,856 4Hz 1,0000 0,3750 2,667 0,4545 0,793

Medición 11


1Hz 1,2500 0,6250 2,000 0,3333 0,889 2Hz 1,5000 0,5000 3,000 0,5000 0,750 4Hz 1,1250 0,4375 2,571 0,4400 0,806

Medición 12


1Hz 1,3750 0,8750 1,571 0,2222 0,951 2Hz 1,2500 0,4375 2,857 0,4815 0,768 4Hz 1,0000 0,3750 2,667 0,4545 0,793

Medición 13


1Hz 1,5625 0,8125 1,923 0,3158 0,900 2Hz 1,1250 0,5000 2,250 0,3846 0,852 4Hz 0,8750 0,3750 2,333 0,4000 0,840

Medición 14


1Hz 1,5625 0,6250 2,500 0,4286 0,816 2Hz 1,1250 0,5000 2,250 0,3846 0,852 4Hz 1,0000 0,3750 2,667 0,4545 0,793

Medición 15


1Hz 1,5625 0,7500 2,083 0,3514 0,877 2Hz 1,1250 0,5000 2,250 0,3846 0,852 4Hz 1,1875 0,3750 3,167 0,5200 0,730

Medición 16


1Hz 1,5625 0,6250 2,500 0,4286 0,816 2Hz 1,2500 0,4375 2,857 0,4815 0,768 4Hz 1,0000 0,3750 2,667 0,4545 0,793

Medición 17


1Hz 1,5625 0,8125 1,923 0,3158 0,900 2Hz 1,1250 0,5000 2,250 0,3846 0,852 4Hz 1,0625 0,3750 2,833 0,4783 0,771

Medición 18


1Hz 1,2500 0,6250 2,000 0,3333 0,889 2Hz 1,1250 0,5000 2,250 0,3846 0,852 4Hz 1,0000 0,3750 2,667 0,4545 0,793

Tabla 6. Promediación

Frecuencias (Hz) 250 500 1000 2000 4000

0,750 0,889 0,889 0,852 0,793 0,71 0,889 0,83 0,732 0,84 0,889 0,98 0,877 0,699 0,726 0,64 0,931 0,899 0,84 0,793 0,691 0,96 0,899 0,84 0,793 0,691 0,889 0,889 0,84 0,726 0,889 0,931 0,816 0,75 0,75 0,864 0,938 0,941 0,806 0,793 0,75 0,938 0,766 0,732 0,75 0,75 0,84 0,904 0,856 0,793 0,83 0,98 0,889 0,75 0,806 0,84 0,96 0,951 0,768 0,793 0,72 0,98 0,9 0,852 0,84 0,776 0,98 0,816 0,852 0,793 0,75 0,938 0,877 0,852 0,73 0,83 0,938 0,816 0,768 0,793 0,75 0,938 0,9 0,852 0,771 0,782 0,947 0,889 0,852 0,793

Σ 13,9020 16,8460 15,7480 14,4930 14,0760 Promedio(α ) 0,7723333 0,9358889 0,8748889 0,8051667 0,782

Grafica 2. Coeficiente de Absorción (α )

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

250 500 1000 2000 4000

Frecuencias (Hz)

Co

efi

cien

te d

e a

bso

rció

n (α

)

En la gráfica anterior puede apreciarse que el coeficiente absorción

por frecuencias es bastante considerable ya que los valores de (α )

obtenidos muestran alta absorción en 500 y 1000Hz. En 250 Hz la

variación de absorción es mínima con respecto a las anteriores

frecuencias, teniendo en cuenta que es una frecuencia difícil de

controlar. La absorción en las frecuencias de 2000 y 4000Hz es

importante pues sus valores de (α ) son significativos y corresponden

a un material de excelentes características absorbentes.

Se obtuvo un producto confiable con propiedades de absorción

acústica, que a lo largo de la investigación, elaboración y medición,

presento la posibilidad de ir optimizando el proceso de fabricación,

teniendo en cuenta los beneficios y cualidades que presentan algunos

materiales de desecho, dejando una ventana abierta para la

investigación de materiales alternativos.

CONCLUSIONES

• Las fibras seleccionadas cumplieron con las características

técnicas requeridas para crear un panel absorbente de sonido.

• El diseño del molde resulto practico para la elaboración de los

paneles, sin embargo por su tamaño se dificulta la producción

industrial.

• La estructura autoportante resulta muy practica, ya que encaja

4 paneles para poder utilizarse como uno solo de mayor

medida.

• En el proceso de manufactura se implementaron mejoras para

obtener como resultado un panel con la textura, rigidez y

aspecto ideal.

• Los coeficientes de absorción (α ) obtenidos en la medición

demuestran que el panel tiene altas características acústicas de

absorción en el rango de frecuencias medidas.

• La medición del coeficiente de absorción demuestra que el

proceso de investigación, fue un éxito, en la selección de sus

componentes, el diseño y elaboración.

• Con la ejecución de este proyecto se demostró que es viable

producir un panel acústico absorbente de excelentes

características, para su posterior industrialización y su

comercialización.

RECOMENDACIONES

Realizar la mediciones del coeficiente de absorción, por el método de

tubo de kundt (con un diámetro mayor) o cámara reverberante, que

son los mas utilizados y de mayor confiabilidad.

El panel acústico logra una mejor compactación y apariencia al

agregarle un peso considerable entre capas. Este paso del proceso

mejoraría con el uso de una prensa hidráulica o algún sistema de

presión alterno.

Para la realización de paneles acústicos se recomienda ubicar el lugar

de trabajo en una zona ventilada y utilizar los elementos de

seguridad industrial (gafas, tapabocas y overol), para la protección de

los efectos del látex.

Se recomienda avanzar en la producción de materiales alternativos

implementado procesos industrializados, para agilizar el proceso de

producción.

BIBLIOGRAFIA

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Acústica. Vol. 2 (1995); p. 30,1-30,24.

TIBAQUICHA BALSERO, marco; COLORADO CASTRO, Rodolfo. Estudio

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fabricación de paneles aisladores de sonido. Trabajo de grado

(ingenieros mecánicos). Universidad Nacional de Colombia, Bogota.

Facultad de Ingeniería Mecánica (2002); p. 149-202.

CASTAÑO REYES, Leonardo; WALTEROS SARMIENTO, oscar. Estudio

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en pequeña escala. Trabajo de grado (Ingenieros Químicos).

Universidad Nacional de Colombia, Bogota. Facultad de Ingeniería

Química (1998); p. 26-37.

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Acústica arquitectónica. Vol. 2 (1958);

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materiales con fibras y celulosa .J. Pfretzschner; C. de la Colina, F.

Simón. Instituto de Acústica. Pág. 2,3.

Morse Philip. Vibration and sound. Segunda edición. McGrawhill 1948

Pág. 256,458

PDF. Determinación de la absorción e impedancia acústica por el tubo

de impedancia. Ing. Pedro Muños. Pág. 1.

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http://www.ia.csic.es/Ambiental/Granza/materialesweb.htm

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http://www.calorcol.com

http://www.acusticaintegral.com/index1.htm

http://www.iso.ch/iso/en/CatalogueDetailPage.CatalogueDetail?CSNU

http://www.ia.csic.es/Ambiental/Granza/materialesweb.htm

http://www.accionrse.cl/home/b_amb_tetra.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Amplitud_%28sonido%29

ANEXOS

Anexo A. Empresas Colombianas de Acústica.

FiberGlass Colombia S.A.

Es una compañía nacional, dedicada a la manufactura y

comercialización de productos para el mercado de la construcción y la

industria .

Tiene el respaldo tecnológico para la fabricación de productos en fibra

de vidrio bajo la licencia de Owens Corning Corporation. Sus

productos cumplen con todos los estándares internacionales en

productos homologados.

Productos

Tratamiento Acústico

Acustifibra

Nombre Acustifibra

Descripción y

Uso

Tratamiento acústico para espacios abiertos,

áreas industriales y en general para recintos

donde se presenten niveles excesivos de

ruido. Su uso es Especificado para páneles

de oficina abierta, recubrimientos acústicos

de paredes, y bafles colgantes.

Dimensiones 2.44 m (largo) x 1.22 m (ancho) x 25 mm

(1 '' espesor), 2.44 m (largo) x 1.22 m

(ancho) x 38 mm (1 ½ in espesor).

Características Incombustible Resistente a vibraciones

Dimensionalmente estable No permite

desarrollo de bacterias ni de hongos. Peso

liviano. Resiliente, no se parte.

Absorción

Acústica NRC

Para 25 mm (1in) = 0.7 Para 38 mm (1 ½in)

= 0.9.

Unidad de Venta Para 25 mm (1in) = 6 Unidades por

empaque. Para 38 mm (1 1/2'') = 4

unidades por empaque.

PROMICOLDA S.A.

Es una empresa especializada en la búsqueda de productos y diseños

innovadores con productos microcelulares y polímeros de distintos

materiales. Esta empresa tiene tres divisiones confort, acústica y

transporte colectivo. Presentando un enfoque diferente de materias

primas como el poliuretano y plástico.

La principal división en el área acústica son los insonorizantes para el

control de ruido. Fabrican y comercializan actualmente espumas

moldeadas de poliuretano en procesos frío y caliente.

Productos

SONOACUSTIC: Es un material absorbente de alta performance y

excelente resistencia a la tracción mecánica hecho a base de espuma

flexible de poliuretano poliéster autoexpandible, con terminación en

forma de cuñas anecoicas. Diseñada para los trabajos mas exigentes.

Evita la reflexión de los sonidos (Reverberación) que se origina por

las superficies duras de paredes o techos y atenúa el nivel sonoro

general.

Su campo de aplicación es de utilización como revestimiento a la

vista en ambientes ruidosos en general, salas de maquinas, recintos

industriales, centros comerciales, auditorios y en lugares de trabajo

permitiendo una mejor concentración y rendimiento personal, resulta

también indicado para salas de música, cabinas de control; donde se

requiera una respuesta acústica definida del local, con precisos

tiempos de reverberación.

CALORCOL S.A. Calorífugos de Colombia.

manufactura mediante un proceso exclusivo la lana mineral de roca,

la cual esta constituida de finas fibras inorgánicas, que son

procesadas a partir de rocas en estado liquido, formando una masa

suave de fibras largas entremezcladas unas con otras, de peso ligero

y con mucho cuerpo, que se caracterizan por su baja conductibilidad

térmica, excelente absorción acústica y resistencia al fuego.

Productos

Placas acústicas

Afelpado

Acústico Material aislante por aspersión

Espuma acústica de celda abierta

Acustipisos

Rocalan Cemento acústico

Anexo B. Nuevos Materiales

Tectan

Trituración y compactación de neumáticos usados

Anexo C. Coeficientes de Absorción de Diversos Materiales en

Función de la Frecuencia

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FECHA PALABRAS CLAVES Sonido, Frecuencia, Longitud de onda