proyecto fin de máster - Repositorio Digital Senescyt

eman ta zabal zazu
INGENIARITZA MEKANIKOA SAILA
DEPARTAMENTO DE INGENIERíA MECÁNICA
BILBOKO INGENIARITZA GOI ESKOLA TEKNIKOA
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA
Universidad Euskal Herriko
del País Vasco Unibertsitatea
Máster en Ingeniería de la
Construcción
Proyecto Fin de Máster
Análisis del comportamiento
acústico de paneles multicapa con
chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior.
Alumna: Maritza Ureña Aguirre
Director del Trabajo: Ramón Losada
Curso 2012-2013
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
AGRADECIMIENTO
En primera instancia, agradezco a Dios, por haberme dado una vida llena de retos y
aprendizaje.
A mis padres y hermana por su apoyo incondicional.
A la Senescyt " Secretaría Nacional de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e
Innovación del Ecuador", por haber financiado mis estudios de maestría.
A Ramón Losada, director de este proyecto fin de máster, por su apoyo y guía
constante.
A Eduardo Roji, director del Máster en Ingeniería de la Construcción, por su
incondicional colaboración y preocupación.
A la empresa RMIG, por haberme dado la oportunidad de colaborar con ellos en el
practicum del máster, de donde surgió este tema de investigación.
Maritza Elizabeth Ureña Aguirre
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
DEDICATORIA
A mi esposo e hija por su amor y
apoyo constante en los momentos
más difíciles.
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Contenido
RESUMEN ........................................................................................................................ 1
CAPÍTULO 1 .................................................................................................................... 3
1. INTRODUCCIÓN.......................................................................................................... 3
1.1. MOTIVACIÓN .................................................................................................................. 3
1.2. OBJETIVO ....................................................................................................................... 4
1.2.1. OBJETIVO GENERAL ................................................................................. 4
1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICO .......................................................................... 4
1.3. APORTACIONES DEL PROYECTO ........................................................................... 4
1.4. ALCANCE DEL PROYECTO ........................................................................................ 5
CAPÍTULO 2 .................................................................................................................... 6
2. ASPECTOS GENERALES .......................................................................................... 6
2.1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 6
2.2. CONCEPTOS BÁSICOS ............................................................................................... 6
2.2.1. Los Sonidos ................................................................................................. 6
2.2.2. Frecuencia: .................................................................................................. 6
2.2.3. Espectro de Frecuencias ............................................................................. 7
2.2.4. Intensidad. ................................................................................................... 8
2.2.5. El decibelio .................................................................................................. 8
2.2.6. Propagación del Sonido ............................................................................. 10
2.2.6.1. Fenómenos físicos que afectan a la propagación del sonido .................. 10
2.3. CONTAMINACIÓN ACÚSTICA .................................................................................. 11
2.3.1. Principales fuentes de contaminación acústica .......................................... 11
2.3.2. Fuentes De Ruido Externas ....................................................................... 12
2.3.2.1. Vehículos ( Tráfico Rodado).................................................................... 12
2.3.2.2. Aviones ................................................................................................... 13
2.3.2.3. Trenes .................................................................................................... 14
2.3.3. Posibles Fuentes de ruido de baja frecuencia ............................................ 17
2.3.3.1.Efectos posibles de ruidos a bajas frecuencias ........................................ 18
2.4. AISLAMIENTO Y ABSORCIÓN ACÚSTICA ............................................................ 18
2.4.1. Diferencia entre aislamiento y absorción acústica ...................................... 18
2.4.2. Coeficiente de absorción acústica .............................................................. 19
2.4.3. Factores condicionantes de la absorción acústica ..................................... 20
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
2.5. NORMATIVA DE APLICACIÓN ................................................................................. 24
CAPÍTULO 3 .................................................................................................................. 25
3. ABSORBENTES ACÚSTICOS ESPECIALES ......................................................... 25
3.1.RESONADORES ........................................................................................................... 25
3.1.1. Resonadores de placa o membrana. ......................................................... 25
3.1.2. Resonador múltiple de cavidad o de Helmholtz:......................................... 26
3.2. PARÁMETROS QUE INFLUYEN EN LA ABSORCIÓN ACÚSTICA.................... 27
3.3. PANELES MICRO-PERFORADOS ........................................................................... 31
CAPÍTULO 4 .................................................................................................................. 33
4. PRESENTACION DE LOS MODELOS DE ESTUDIO ............................................. 33
4.1. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 33
4.2.DATOS DE PARTIDA ................................................................................................... 33
4.3. BREVE EXPLICACIÓN DEL SOFTWARE AFMG SoundFlow ............................. 34
4.3.1. Principios generales de cálculo del software AFMG SoundFlow ................ 35
4.4. DEFINICIÓN DE VARIABLES Y DETALLE DE LOS PARÁMETROS DE
SIMULACIÓN INICIALES: .................................................................................................. 36
CAPÍTULO 5 .................................................................................................................. 38
5. ANÁLISIS Y RESULTADOS DE LOS MODELOS DE ESTUDIO............................ 38
5.1.PRESENTACIÓN DE MODELOS PROPUESTOS Y ANÁLISIS ........................... 38
5.2. PARÁMETROS DE OPTIMIZACIÓN DE LOS MODELOS PROPUESTOS ....... 41
5.3. OPTIMIZACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS MODELOS PROPUESTOS .................... 43
5.3.1. OPTIMIZACIÓN DEL MODELO 1 .............................................................. 44
5.3.1.1. Influencia del espesor del material absorbente ....................................... 44
5.3.1.2. Influencia del espesor de la cavidad del aire ........................................... 47
5.3.1.3. Influencia del diámetro de los agujeros del panel .................................... 50
5.3.1.4. Influencia del espesor del panel perforado .............................................. 52
5.3.2. OPTIMIZACIÓN DEL MODELO 2 .............................................................. 55
5.3.2.1. Influencia del espesor del material absorbente ....................................... 55
5.3.2.2 Influencia del espesor de la cavidad del aire ............................................ 57
5.3.2.3. Influencia del diámetro de los agujeros del panel .................................... 60
5.3.2.4. Influencia del espesor del panel perforado .............................................. 62
5.3.3. OPTIMIZACIÓNDEL MODELO 3 ............................................................... 65
5.3.3.1. Influencia del espesor del material absorbente ....................................... 65
5.3.3.2. Influencia del espesor de la cavidad del aire ........................................... 67
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
5.3.3.3. Influencia del diámetro de los agujeros del panel .................................... 69
5.3.3.4. Influencia del espesor del panel perforado .............................................. 72
5.4. ANÁLISIS DE LOS MODELOS OPTIMIZADOS ...................................................... 74
CAPÍTULO 6 .................................................................................................................. 77
CONCLUSIONES ................................................................................................................. 77
CAPÍTULO 7 .................................................................................................................. 81
LÍNEAS FUTURAS DE INVESTIGACIÓN........................................................................ 81
CAPÍTULO 8 .................................................................................................................. 82
REFERENCIAS .................................................................................................................... 82
ANEXOS ................................................................................................................................ 85
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
RESUMEN
En todas las ciudades una gran cantidad de ruidos circulan diariamente, éstos pueden
dañar nuestra integridad física y alterar nuestro ritmo de vida. Las principales fuentes
de contaminación acústica en todo el mundo son los sistemas de transporte vehicular,
aviones y sistemas ferroviarios. Ante esto, cada día nace la necesidad de buscar
alternativas que conlleven a minimizar este problema, por ello ahora se plantea buscar
formas de reducción del sonido, mediante combinación de algunos materiales usados
en la construcción.
Este proyecto fin de máster se centra fundamentalmente en la simulación de tres
modelos multicapa mediante el software AFMG SoundFlow, a fin de evaluar el
coeficiente de absorción acústica de cada uno de ellos. Siendo así, dos de los
modelos han sido planteados como posibles soluciones a emplearse para el
revestimiento de fachadas y uno de ellos es el que se emplea actualmente.
El primer modelo propuesto está compuesto por un panel perforado + material
absorbente + cámara de aire + pared rígida. Mientras que el segundo modelo
propuesto está compuesto por un panel perforado + material absorbente + cámara de
aire + material absorbente + pared rígida. Finalmente el tercer modelo propuesto está
compuesto por panel perforado + cámara de aire + material absorbente + pared rígida.
Cada uno de los modelos mencionados han sido optimizados en función de algunos
parámetros como son el material absorbente, la cavidad del aire, el diámetro de los
agujeros del panel, y espesor de la chapa perforada. El material absorbente empleado
en todas las simulaciones es lana de roca, para lo cual las propiedades de densidad y
resistencia al flujo de aire, consideradas de acuerdo a información comercial son
80Kg/m³ y 42 KPa.seg/m², respectivamente.
Debido a que los ruidos originados por el tráfico, aviones y trenes tienen frecuencias
bajas, las optimizaciones fueron realizadas en función de este requisito; de la misma
manera considerando que existen también sonidos agudos como el squeal propio de
los trenes, cada modelo se mejoró de tal forma que se logre también una buena
absorción a altas frecuencias, adicionalmente a esto se consideró la distancia mínima
que se debe mantener para la instalación del conjunto multicapa en una fachada.
Además se optimizó cada modelo tomando en cuenta que no se cargue
innecesariamente a la estructura y que se reduzca los costos de los materiales.
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Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
En el presente proyecto se incluye imágenes ilustrativas de cada modelo, tablas que
representan el coeficiente de absorción con su respectiva frecuencia, adicionalmente
un diagrama que ilustra el comportamiento de absorción de todos los espectros de
frecuencia de cada parámetro de optimización, además un análisis de los modelos
durante cada proceso. Por último se presentan las conclusiones del proyecto basadas
en la optimización final de cada modelo y en los resultados del coeficiente absorción
acústica obtenidos en todo el espectro de frecuencias en cada modelo.
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Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
CAPÍTULO 1
1. INTRODUCCIÓN
1.1. MOTIVACIÓN
En todo el mundo el nivel general de ruido es alarmantemente alto. Vivimos en una
sociedad ruidosa debido fundamentalmente al entorno tecnológico en el que nos
desarrollamos.
Todos sabemos que la contaminación acústica no sólo hace que sea más difícil
relajarse, sino que origina estrés y constituye una amenaza real para nuestra salud.
No podemos detener el desarrollo, por lo que cualquier tipo de solución contra el ruido
nos ayudará a mejorar nuestro bienestar físico y mental.
Todas las soluciones constructivas que nos protejan de las agresiones acústicas,
siempre tienen una relación directa en nuestra calidad de vida, tanto física como
mental. Aquellas soluciones pensadas para el mejoramiento acústico son útiles tanto
para obras de nueva construcción como para obras de rehabilitación de forma que se
atenúe cualquier tipo de ruido y se pueda disfrutar de la tan deseada paz y tranquilidad
dentro y fuera del hogar.
En los últimos años se ha dado un incremento en el uso de las chapas perforadas en
el sector de la construcción. Debido a su apariencia cautivante y versátil, estos
paneles son una alternativa eficaz e innovadora para incluirla en modernos diseños
arquitectónicos o para desarrollos donde la estética sea el factor fundamental. Hoy en
día los diseños y las formas son muy variadas a la vez que ofrecen gran resistencia y
una gran durabilidad que ningún otro material puede ofrecer.
Techos y revestimientos interiores de chapa perforada son una opción muy atractiva y
además cumplen con una variedad de funciones; absorben el sonido y también
garantizan una circulación óptima del aire.
Del mismo modo, las chapas perforadas son un material muy popular para la
construcción de fachadas y revestimientos exteriores.
Las fachadas revestidas
de chapa perforada permiten que el aire fresco y la luz natural entren en el interior y al
mismo tiempo protegen de las radiaciones solares y del calor.
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Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Ante lo expuesto anteriormente, el presente proyecto nace con la idea de conocer el
nivel de absorción acústica de los paneles multicapa con chapa perforada y determinar
en qué grado los modelos aquí propuestos van contribuir a la absorción del ruido
exterior y al confort acústico al ser elementos constitutivos de una fachada.
1.2. OBJETIVO
1.2.1. OBJETIVO GENERAL

Determinar el coeficiente absorción acústica de paneles multicapa con chapa
perforada, como elemento de fachada frente al ruido exterior.
1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICO

Generar modelos de simulación que permitan determinar el coeficiente de
absorción acústica.

Identificar la influencia de cada elemento del panel multicapa en la
determinación del coeficiente de absorción acústica.

Optimizar los modelos planteados con base a su coeficiente de absorción
acústica y a las distancias mínimas de instalación en fachadas

Determinar la configuración óptima de los modelos para maximizar la absorción
de ruidos generados por fuentes externas.

Realizar un juicio crítico sobre los modelos optimizados, considerando su
absorción acústica y el costo de materiales de cada modelo mejorado.
1.3. APORTACIONES DEL PROYECTO
El presente Proyecto Fin de Máster pretende ser un aporte en la aplicación de
soluciones acústicas en el ámbito de la construcción, de modo que se genere un
precedente que permita ser una guía para el uso correcto de paneles multicapa con
chapa perforada como elemento de fachada.
Cada vez son más las exigencias en cuanto a los niveles permitidos de ruido. En este
sentido, los elementos constructivos deben ser un aporte para mantener estos niveles.
En el presente proyecto se toma de manera primordial aquellos ruidos de bajas
frecuencias los cuáles se ven presentes en el ruido exterior. Es por ello que este
4
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
proyecto, optimiza la utilización de los elementos que conforman los paneles multicapa
y que son parte de la fachada de muchas edificaciones, basándose en el criterio de la
absorción acústica de estos paneles multicapas los cuales utilizan chapa perforada
principalmente por razones estéticas y térmicas.
Tomado en cuenta estas optimizaciones, está claro que el proyecto contribuye en el
ahorro económico y disminución del peso del panel multicapa.
Finalmente, considerando que el presente proyecto nace en el contexto de prácticas
dentro del máster, constituye directamente un aporte significativo para la empresa
RMIG, dedicada a la fabricación de chapa perforada utilizada en estos paneles
multicapa.
1.4. ALCANCE DEL PROYECTO
Como se comentó en un inicio, el ruido es un tipo de contaminación al cual todos
estamos expuestos, es por ello que este proyecto fin de máster pretende realizar el
análisis de uno de los parámetros más importantes del comportamiento acústico de los
paneles multicapa, como es el coeficiente de absorción del ruido. Siendo así, el
presente proyecto centra su atención en la absorción del ruido a frecuencias bajas
(ruido de fuente externas); de manera específica se plantea absorber ruidos
generados por el tráfico de automóviles, aviones y trenes.
Finalmente, para conseguir lo anteriormente mencionado se plantea tres modelos
multicapa, los cuales son simulados bajo la influencia de 4 parámetros, como son la
variación del espesor del material absorbente, el espesor de la cámara de aire, el
diámetro de los agujeros de la chapa perforada y el espesor de la chapa, con el
objetivo de lograr la optimización de los modelos propuestos y evaluar la aplicabilidad
de cada modelo al ser parte de una fachada.
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Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
CAPÍTULO 2
2. ASPECTOS GENERALES
2.1. INTRODUCCIÓN
Para el desarrollo del presente proyecto es necesario comenzar explicando unas
breves nociones generales, que permitan comprender los conceptos básicos de la
acústica y aplicarlos a la construcción con el objetivo de contribuir al confort de cada
individuo mediante la reducción de ruido generado en nuestro entorno.
A continuación se exponen algunas definiciones que constituyen un preámbulo para lo
que será el presente estudio.
2.2. CONCEPTOS BÁSICOS
2.2.1. Los Sonidos
Los sonidos son vibraciones principalmente transmitidas por el aire, las cuales pueden
ser percibidas por el oído humano e interpretadas por el cerebro. Éstos se caracterizan
por su intensidad, por el conjunto de sus frecuencias, y por las variaciones de ambas
en el tiempo. Las personas pueden interpretar los sonidos como señales o ruidos,
distinguiendo las primeras como portadoras de información útil, mientras que los
segundos son sonidos indeseables debido a que interfieren con la audición de las
señales, por su intensidad o frecuencia desagradable, o por transmitir información no
deseada. [1]
2.2.2. Frecuencia:
EL Documento básico HR de Protección contra el Ruido define a la frecuencia como
“El Número de pulsaciones de una onda acústica sinusoidal ocurridas en un segundo"
[19],en otras palabras la frecuencia de un sonido representa cuántas veces vibra una
onda sonora en una unidad de tiempo. El rango de frecuencias audibles por las
personas va de 20 a 20.000 Hz. (ciclos por segundo), aunque en la práctica este rango
varía entre una persona y otra, dependiendo también de la edad de la misma [2]. Los
sonidos inferiores a 20 Hz se denominan infrasonidos y los superiores a 20.000Hz
ultrasonidos.
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Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Existen algunos criterios para clasificar el espectro de frecuencias, sin embargo para
usos de arquitectura y construcción se puede subdividirlo en función de los tonos y
dividirlo en tres grupos [3].
Tonos Graves
Tonos Medios
Tonos Agudos
• Frecuencias bajas
• 20 Hz - 256 Hz
• Frecuencias medias
• 256Hz - 2KHz
• Frecuencias altas
• 2KHz - 20KHz
Tabla 2.1. Espectro Audible de Frecuencias. [3]
2.2.3. Espectro de Frecuencias
El espectro de frecuencia caracteriza la distribución de amplitudes para cada
frecuencia del fenómeno ondulatorio (sonoro, luminoso o electromagnético).
Puede definirse también, como la representación de la distribución de la intensidad de
un sonido en función de las frecuencias que lo componen. Generalmente se expresa
mediante niveles de presión a bandas de tercio de octava o en bandas de octava.[19]
Una banda de octava es un intervalo entre 2 frecuencias f1 y f2, tal que f2 = 2 x f1. Un
nivel de banda de octava es el nivel global de una porción de sonido ubicado entre f1 y
f2.
Por otro lado, una banda de tercio de octava es una banda de octava dividida en tres
partes en forma logarítmica. Estas bandas son más finas y ofrecen la posibilidad de
realizar un mejor análisis. [19],[11].
La figura 2.1 muestra el espectro de un sonido y sus frecuencias en bandas de octava
y tercio de octava.
7
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Figura 2.1. Ejemplo del espectro de un sonido. [11]
2.2.4. Intensidad.
También llamado volumen o amplitud del sonido. Es la cualidad que nos permite
distinguir entre sonidos fuertes y suaves. Fuerte como la sirena de una ambulancia y
suave como un susurro. Esta intensidad mide el nivel de presión sonora en (dB), que
ejerce la onda de sonido sobre las partículas del medio por el que se propaga. [4].
2.2.5. El decibelio
La intensidad de los distintos ruidos se mide en decibeles (dB), unidad de medida de
la presión sonora. El umbral de audición está en 0 dB (mínima intensidad del estímulo)
y el umbral de dolor está en 140 dB.
Para tener una aproximación de la percepción de la audición del oído humano, se creó
una
unidad
basada
en
el
dB
que
se
denomina
decibelio
A (dBA).
Según la O.C.D.E ( Organización para la Economía, Cooperación y Desarrollo), 130
millones de personas se encuentran con nivel sonoro superior a 65 dB, el límite
aceptado por la Organización Mundial de la Salud (O.M.S), y otros 300 millones
residen en zonas de incomodidad acústica, es decir entre 55 y 65 dB.[9].
8
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
En la tabla 2.2 y 2.3, se presentan los niveles de intensidad sonora, sus ambientes
característicos y valoración típica.
140 dB
•Umbral del dolor
130 dB
•Avión Despegando
120 dB
•Motor de avión en marcha
110 dB
•Concierto de Rock
100 dB
•Sierra Eléctrica - Martillo Neumático
90 dB
•Carretera conTráfico Pesado
80 dB
•Tren-Carretera con tráfico normal
70 dB
•Aspiradora- Restaurante lleno
60 dB
•Conversación en voz alta
50 dB
•Aglomeración de gente
40 dB
•Conversación Tranquila- Sala de estar tranquila
30 dB
•Dormitorio Tranquilo
20 dB
•Biblioteca
10 dB
•Ruido del campo
0 db
•Cuevas (Umbral de la audición)
Tabla 2.2. Nivel de Intensidad del sonido y ambientes característicos. [1], [6]
140 dB
•Lesión Física
130 dB
•Insoportable
120 dB
•Comienzo del dolor
110 dB
•Extremadamente fuerte
100 dB
•Muy fuerte
90 dB
•Muy molesto
80 dB
•Molesto
70 dB
•Ligeramente molesto
60 dB
•Poco tranquilo
50 dB
•Tranquilo
40 dB
•Muy tranquilo
30 dB
•Silencioso
20 dB
•Muy silencioso
10 dB
•Silencio casi total
0 db
•Silencio Total
Tabla 2.3. Nivel de Intensidad del sonido y valoración típica. [1], [6]
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Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
2.2.6. Propagación del Sonido
El sonido se transmite a través de medios materiales, sólidos, líquidos o gaseosos
pero nunca a través del vacío. Para que el sonido pueda llegar a nuestros oídos
necesitamos un espacio o medio de propagación, este normalmente suele ser el aire.
En general la velocidad del sonido es mayor en los sólidos y menor en los gases. En
los gases las partículas están más alejadas unas de las otras y por lo tanto la
frecuencia de las interacciones es menor que en los líquidos y los sólidos. [11]
La velocidad del sonido en el aire a 20º C es de 345 m/s.
2.2.6.1. Fenómenos físicos que afectan a la propagación del sonido
Existen algunos fenómenos que se presentan cuando la onda sonora se propaga, a
continuación se explica cada uno de ellos. [12]

Absorción. Se da cuando una onda sonora alcanza una superficie; una parte
de su energía se refleja, pero un porcentaje de ésta es absorbida por el nuevo
medio.

Reflexión. Se origina cuando una onda se encuentra con un obstáculo que no
puede traspasar y se refleja (vuelve al medio del cual proviene).

Transmisión. En muchos obstáculos planos (las paredes de los edificios) una
parte de la energía se transmite al otro lado del obstáculo. La suma de la
energía reflejada, absorbida y transmitida es igual a la energía sonora incidente
(original).

Difusión. Si la superficie donde se produce la reflexión presenta alguna
rugosidad, la onda reflejada no solo sigue una dirección sino que se
descompone en múltiples ondas.

Refracción. Es la desviación que sufren las ondas en la dirección de su
propagación, cuando el sonido pasa de un medio a otro diferente. La refracción
se debe a que al cambiar de medio, cambia la velocidad de propagación del
sonido.

Difracción. Se llama difracción al fenómeno que ocurre cuando una onda
acústica se encuentran un obstáculo de dimensiones menores a su longitud de
onda (λ), esta es capaz de rodearlo atravesándolo. Otra forma de difracción es
10
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
la capacidad de las ondas de pasar por orificios cambiando su divergencia a
esférica con foco en el centro de éstos.[12]
2.3. CONTAMINACIÓN ACÚSTICA
La gestión del ruido urbano se centraba en el control del ruido generado por las
actividades en el suelo urbano residencial, sin embargo, la sensibilidad ciudadana
frente a esta forma de contaminación se está incrementado. Por lo que ahora la
gestión ambiental se involucra en los procesos de gestión del ruido ambiental
generado fundamentalmente por ferrocarriles, tráfico, carreteras, aeropuertos,
industrias, puertos, ocio en la vía pública, servicios municipales y obras. [30]
La contaminación acústica ambiental se debe al exceso de sonido que altera las
condiciones normales del ambiente en una determinada zona. Si bien el ruido no se
acumula, traslada o mantiene en el tiempo como las otras contaminaciones, también
puede causar grandes daños en la calidad de vida de las personas si no se controla
adecuadamente, esto, unido a que el grado de impacto generado por una fuente de
ruido aparte de depender de su intensidad, depende también de la sensibilidad al ruido
que tenga el receptor. [30]
La contaminación acústica se genera por sonidos no deseados, que afectan
negativamente nuestra calidad de vida impidiendo de esta forma el desarrollo normal
de nuestras actividades
2.3.1. Principales fuentes de contaminación acústica
Las principales fuentes de contaminación acústica en la sociedad actual provienen de
los vehículos de motor (80%); el 10% corresponde a las industrias; el 6% a
ferrocarriles y el 4% a bares, locales públicos, talleres industriales, aviones, etc. [9]
El actual parque automovilístico de España, con más de 16 millones de vehículos,
genera continuamente un ruido muy intenso, ya que sólo por el roce de neumáticos
con la calzada se producen sonidos que, acumulados, resultan contaminantes. La
construcción
de
autovías
o
circunvalaciones
cercanas
a
diversos
núcleos
poblacionales han incrementado el efecto del tráfico rodado y el sonido que genera.
Existen zonas especialmente afectadas por estar construidas cerca de vías de
ferrocarriles o aeropuertos. Sin llegar a esos niveles, que pueden ser extremos, en
general se sufre una multiexposición fuera del hábitat doméstico, que incide sobre la
salud personal de cada individuo.[9]
11
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
2.3.2. Fuentes De Ruido Externas
Las fuentes de ruido externas influyen en la situación y disposición de los volúmenes
de la edificación en la fase del planeamiento urbanístico y en la envolvente del edificio.
Desafortunadamente aquellos medios que nos permiten transportarnos de un lugar a
otro, como son automóviles, trenes y aviones originan gran contaminación acústica, la
cual hoy en día puede incluso llegar a ocasionar graves trastornos a las personas que
tienen continua exposición a estos ruidos.[10]
Figura 2.2. Principales agentes contaminantes externos acústicos. [20]
A continuación se presenta un resumen de las fuentes de ruido externas dominantes
tomando como referencia Documento Básico HR Protección frente al ruido.
2.3.2.1. Vehículos ( Tráfico Rodado)
El ruido que se origina por el tráfico rodado posee un carácter aleatorio debido a que
está compuesto por contribuciones de fuentes de ruido con diferentes espectros y
características de emisión, tales como vehículos pesados, livianos y automóviles de
turismo, en los que también existen, distintas partes productoras de ruido. Por lo que la
caracterización del ruido generado por el tráfico exige un tratamiento estadístico que
permita obtener índices globales del mismo.
A continuación se representa un espectro típico de ruido de tráfico en escala de nivel y
frecuencia.[1]
12
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Figura 2.3. Espectro típico del ruido del tráfico. [1]
2.3.2.2. Aviones
De todos los medios de transporte, los aviones son los que originan mayor cantidad de
energía acústica, lo que unido a su dependencia con los aeropuertos, provocan
grandes molestias a las localidades situadas junto a éstos
Puede decirse que los niveles máximos de ruido se producen en el despegue, debido
a las altas potencias de los motores, luego le sigue en importancia el sobrevuelo, y por
finalmente, el aterrizaje, que es la operación en la que el nivel de ruido generado es
menor (20 decibelios menos que en el vuelo normal).
En cuanto a los ruidos emitidos los aviones de hélice, (más frecuentes destinados a
transporte de pasajeros) producen ruidos con predominancia de frecuencias bajas.
Para valuar estos ruidos, son necesarios índices de medida especiales que tengan en
cuenta, no sólo el espectro específico del ruido y su nivel sonoro, sino también el
número de vuelos que tienen lugar durante el día y/o la noche.[1]
A continuación, en la figura 2.4, se muestra el espectro correspondiente a la operación
de despegue de aviones de hélice en escala de niveles y frecuencia. [1]
13
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Figura 2.4. Espectro típico del ruido de aviones hélice, en la operación de despegue.[1]
2.3.2.3. Trenes
El ruido, originado por el tráfico ferroviario, es un ruido discontinuo en el tiempo, ya
que obedece a fenómenos discretos con una determinada frecuencia de paso. Este
carácter discontinuo hace que sea un ruido menos molesto que el ruido del tráfico
rodado, que es de carácter fluctuante.[7]
El ferrocarril subterráneo no contribuye al aumento del ruido ambiente, pero debido a
la transmisión de vibraciones por el terreno y a través de las estructuras, el ferrocarril
subterráneo puede provocar niveles considerables de ruido y vibraciones en los
edificios próximos a los túneles, pudiendo llegar incluso a generar peligro para las
estructuras de dichos inmuebles.
A continuación se muestra el espectro típico del ruido de un TGV. [8]
14
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Figura 2.5. Espectro típico del ruido de un tren TGV- PSE a 270 Km/h.[8]
En la figura 2.6 se generan dos picos importantes uno a bajas frecuencias que es el
más común, y otro a altas frecuencias que es el denominado squeal, el cual se
presenta en algunos vehículos ferroviarios durante su inscripción en curvas cerradas y
consiste en la emisión de un ruido muy agudo, usualmente por encima de los 3000Hz,
que se mantiene durante un cierto tiempo, a continuación, se muestra el espectro
típico del ruido de squeal de dos trenes EMU. [8]
Figura 2.6. Espectro típico del ruido de squeal de dos trenes EMU. [8]
15
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Por otra parte en la tabla 2.4, se representan los niveles de
presión sonora del
espectro del tráfico, aviones y trenes en dB y en dBA, esto debido a que se realiza una
corrección adaptada al oído humano tal y como indica el Documento básico HR de
Protección contra el ruido. [19]
En las figuras 2.7 - 2.8 y 2.9, se aprecian los espectros de frecuencia del ruido del
tráfico, aviones y trenes en dB, según figuras 2,3 - 2.4 y 2.5, y su espectro en dBA
después de su corrección basada en la tabla 2.4.
BANDA DE
ESPECTRO DEL RUIDO DE TRÁFICO
ESPECTRO DEL RUIDO DE AVIONES
ESPECTRO DEL RUIDO DE UN TREN
FRECUENCIAS
Lp
Corrección
Lp
Lp
Corrección
Lp
Lp
Corrección
Lp
(Hz)
(dB)
(dB)
(dbA)
(dB)
(dB)
(dbA)
(dB)
(dB)
(dbA)
125
85
-20
65
108
-20,2
87,8
82
-20
62
250
80
-15
65
114
-12,6
101,4
80
-15
65
500
76
-12
64
110
-9,5
100,5
80
-12
68
1000
75
-8
67
106
-10,5
95,5
87
-8
79
2000
70
-11
59
100
-14,9
85,1
91
-11
80
4000
66
-16
50
90
-23,3
66,7
85
-16
69
Tabla 2.4. Valores de intensidad del sonido del espectro típico del ruido del tráfico,
aviones y trenes en función de dB, dBA y su corrección. [19]
Figura 2.7. Espectro del ruido del tráfico, típico y ponderado A. [19]
16
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Figura 2.8. Espectro del ruido de avión, típico y ponderado A.[19]
Figura 2.9. Espectro del ruido de tren, típico y ponderado A. [19]
2.3.3. Posibles Fuentes de ruido de baja frecuencia
Las fuentes de ruido de baja frecuencia son muchas y variadas, pero a menudo están
relacionados con la industria, a continuación se enlistan las fuentes más comunes:
bombas, ventiladores, calderas, plantas de ventilación, industria pesada, instalaciones
eléctricas, explosiones, carreteras, ferrocarriles, tráfico marítimo y aéreo, música
amplificada, torres de enfriamiento, aerogeneradores, etc.[10]
17
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Se puede observar que las fuentes son generalmente industrial / comercial y que en su
mayoría son fuentes de ruido situadas externamente. Sin embargo, el ruido de baja
frecuencia también puede ser generada a partir de fuentes internas, tales como
refrigeradores. Además de las fuentes artificiales hay algunas fuentes naturales de
sonido de baja frecuencia, tales como el viento, el mar, los truenos y las vibraciones de
los movimientos de tierra de bajo nivel. [10]
2.3.3.1.Efectos posibles de ruidos a bajas frecuencias
Los ruidos a bajas frecuencias provocan: estrés, irritación, malestar, fatiga, dolor de
cabeza, náuseas y posibles trastornos del sueño.
Por otro lado, la sensibilidad auditiva de las personas varía de un individuo a otro. Un
ruido de baja frecuencia puede ser escuchado por una persona y no por otra, éste
malestar se da manera más frecuente en los individuos de edades avanzadas los
cuales tienen gran sensibilidad a las bajas frecuencias.
En otro contexto, el ruido a baja frecuencia puede hacer que los elementos ligeros de
la estructura de un edificio vibren causando una fuente secundaria de ruido. Esta
vibración es generalmente superficial y no se debe confundir con la vibración de todo
el edificio. [10]
2.4. AISLAMIENTO Y ABSORCIÓN ACÚSTICA
2.4.1. Diferencia entre aislamiento y absorción acústica
Estos dos conceptos son utilizados indistintamente cuando no debería ser así. Por lo
que en las líneas siguientes se tratará de abordar las diferencias entre ellos.
Aislar consiste en aplicar medidas encaminadas a la disminución de la energía
transmitida entre un espacio y otro, mientras que con el empleo de materiales
absorbentes se pretenderá actuar sobre la componente del sonido reflejado, y de este
modo adaptar las características acústicas de los locales a su futuro uso.
En este sentido, resulta esencial tener presente que absorción y aislamiento son
conceptos opuestos (cuando se trata de materiales porosos), aunque, comúnmente,
en edificación se ha de llevar a cabo un empleo conjunto de ambos con el fin de
complementar sus potencialidades.[13]
18
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
A modo de resumen, la figura 2.10. refleja comparativamente el comportamiento
acústico de un material absorbente poroso y un material con buenas propiedades
aislantes.
Figura 2.10. Comportamiento acústico de un material poroso y un material aislante.[13]
Para clarificar un poco más estos conceptos, en la figura 2.11, se observa como la
energía inicial (Ei) choca con un obstáculo y se divide en tres energías. Cuando
necesitamos conocer la absorción de este obstáculo, nos interesa conocer la energía
reflejada (Er) de la energía inicial. Cuando queremos conocer el aislamiento de este
elemento, nos fijamos en la energía que se transmite a través de él (Et). La energía
disipada dentro del elemento, es decir, la absorbida (Ea), es la que obtenemos de
restar las dos energías anteriores a la energía inicial. [13]
Figura 2.11. Comportamiento típico de la onda sonora. [13]
2.4.2. Coeficiente de absorción acústica
Para evaluar las propiedades de absorción de un material se utiliza el coeficiente de
absorción acústica (α), el cual se define como la relación entre la energía absorbida
19
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
por el material y la energía acústica incidente sobre el mismo, el cual está en función
de la frecuencia. [19]
Según el DB HR, los valores del coeficiente de absorción acústica se especificarán y
emplearán en los cálculos con un redondeo a la segunda cifra decimal.[19]
Dada esta formulación su valor siempre está comprendido entre 0 y 1. El máximo
coeficiente de absorción está determinado por un valor de 1 donde toda la energía que
incide en el material es absorbida por el mismo, y el mínimo es 0 donde toda la
energía es reflejada.
El coeficiente de absorción varía con la frecuencia y por tanto los fabricantes de
materiales acústicos dan los coeficientes de absorción por lo menos en resolución de
una octava.
Los materiales de obra típicos poseen valores de α bajos y los materiales porosos
absorbentes valores de α elevados.[13]
A continuación se reflejan coeficientes de absorción acústica orientativos en función de
la frecuencia para algunos materiales y elementos empleados en la construcción:
Tabla2.5. Coeficientes de absorción acústica de algunos materiales. [13]
2.4.3. Factores condicionantes de la absorción acústica
Usualmente cuando se habla de particiones interiores en las edificaciones, los valores
del coeficiente de absorción acústica, además de variar en función de las frecuencias
del sonido incidente, dependen de: [13]
20
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
a) El espesor del material absorbente
b) La separación del material absorbente respecto al tabique o elemento de obra.
c) La densidad del material
a) El espesor del material absorbente
Los materiales porosos tienen mayor absorción a altas frecuencias, al aumentar el
espesor del material absorbente se consigue aumentar la absorción para todas las
frecuencias, pero sobretodo aumentar la absorción en el rango de las bajas
frecuencias. [13]
El espesor del material absorbente es muy importante ya que en función de éste, el
recorrido de la onda sonora en el interior del material será más largo, con el
consiguiente incremento de las oportunidades de fricción en su trayecto, lo cual
provoca un aumento de la energía transformada en calor en la estructura porosa
interna. El gráfico siguiente representa el comportamiento de la lana de vidrio ante el
aumento de espesor. [13]
Figura 2.12. Variabilidad de la absorción de lana de vidrio en función de su espesor
[23],[5]
b) Separación del material absorbente respecto a la pared rígida
Este parámetro es importante ya que el comportamiento absorbente de un material no
depende exclusivamente de sus características, sino también del modo en que éste se
ejecute en obra.
21
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Este es el principio en que se basan los conocidos techos acústicos en donde los
materiales porosos son colocados a una cierta distancia del forjado y detrás de
paneles perforados.[13]
A continuación se muestra el esquema típico de un techo acústico.
Figura 2.13. Configuración típica de un techo acústico.[13]
Para determinar la separación optima entre el absorbente y la pared rígida, es decir la
distancia que dará la mejor absorción en una frecuencia determinada se utiliza la
siguiente expresión.[23] [5]
𝑑=
𝜆
4
Donde,
d= distancia entre la pared rígida y el material absorbente
λ= longitud de onda sonora
Para ello, de manera inicial se determina la longitud de onda, así:
𝑐
𝜆=
𝑓
c= Velocidad de propagación del sonido=345 m/s
f= Frecuencia a absorber (Hz)
Figura 2.14. Separación óptima (d=λ/4) entre pared rígida y el material absorbente.[23],[5]
22
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Finalmente se muestra a modo ilustrativo la variabilidad de los coeficientes de
absorción de un determinado material absorbente poroso de espesor constante en
función de la distancia de colocación respecto a la pared rígida.
Figura 2.15. Variabilidad de la absorción de un material poroso en función de su
distancia a la superficie de la obra.[13]
c) La densidad del material
Esta propiedad se selecciona exclusivamente en función de las propiedades de
resistencia mecánica del material. La densidad es directamente proporcional a la
absorción, a mayor densidad del material poroso mayor será la absorción del sonido y
a menor densidad menor absorción se tendrá, debido a que disminuyen las pérdidas
por fricción [23]. A continuación se muestra la influencia de la densidad de una lana de
roca de 60mm de espesor.
Figura 2.16. Variabilidad de la absorción de un material poroso en función de la densidad
de un material absorbente de 60mm de espesor [23],[5]
23
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
2.5. NORMATIVA DE APLICACIÓN
El presente estudio involucra un tema del cual no se tiene una normativa específica
que permita una total sustentación, y comparación. Es por ello, que este proyecto se
basa fundamentalmente en artículos científicos que de cierta manera sirven como una
orientativa para describir el comportamiento de ciertos modelos planteados en el
estudio. Dichos artículos presentan enfoques un tanto similares mas no iguales por lo
que se debe tener en cuenta que este proyecto debe ser discutido, revisado, valorado
y llevado a pruebas experimentales para su correspondiente comparación, debate
validación.
Sin embargo respecto a los aspectos de ruido el presente estudio de se ha
referenciado oportunamente de estos dos documentos.

Documento Básico HR. Protección contra el Ruido, del Código Técnico de la
Edificación.

Guía técnica para la gestión del ruido ambiental en las administraciones
locales: La actuación contra el ruido y la mejora del ambiente sonoro de
nuestros municipios.
24
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
CAPÍTULO 3
3. ABSORBENTES ACÚSTICOS ESPECIALES
3.1.RESONADORES
A pesar de que en la edificación los materiales más comunes para el
acondicionamiento acústico son los materiales porosos, en construcciones específicas
(conservatorios, aulas de música, estudios de grabación, etc.) en las cuales suele
tener importancia la absorción de determinadas frecuencias, se emplean sistemas
denominados resonadores, los cuales extraen energía del campo acústico de manera
selectiva en una banda de frecuencias determinada (generalmente por debajo de los
500 Hz) mediante un mecanismo de absorción diferente al analizado anteriormente en
los materiales porosos. Existen dos tipos principales de tales sistemas acústicos:[13]

Resonadores de placa o membrana

Resonador múltiple de cavidad o de Helmholtz
3.1.1. Resonadores de placa o membrana.
Es una placa flexible no porosa la cual se coloca a una distancia de separación de un
tabique o forjado. La figura 3.1 esquematiza este tipo de resonador.
Figura 3.1. Resonador de membrana. [13]
En estos sistemas la onda acústica es parcialmente absorbida por cuerpos capaces de
vibrar a su propio ritmo. Si dicho cuerpo tiene unos modos de vibración discretos,
absorbe solo algunas de las frecuencias y por tanto la absorción es selectiva. Como el
panel tiene inercia y amortiguamiento, parte de la energía sonora incidente se
convierte en energía mecánica y se disipa en forma de calor, es por eso absorbe que
absorbe el sonido. [17]
25
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Debido a esto, la absorción en estos sistemas es máxima para las frecuencias del
orden de la frecuencia de resonancia del elemento y muy poca fuera del tal rango. En
este sentido, considerando que el panel vibra con la misma amplitud en toda su
superficie, la frecuencia de resonancia del resonador se estima mediante la siguiente
expresión:
𝑓𝑟 =
600
𝑚. 𝑑
Donde:
m= Densidad superficial de la placa (kg/m2), es decir es la masa por unidad de
superficie.
d= Separación respecto a la superficie rígida de obra (m).
Esta expresión es aplicable cuando el espesor de la placa es ≤ 20 mm y la distancia
entre puntos de sujeción ≥ 80 cm.
3.1.2. Resonador múltiple de cavidad o de Helmholtz:
El Resonador de Helmholtz permite una absorción frecuencial selectiva en función de
algunos factores como el espesor de la placa, la profundidad de la cámara, el diámetro
de los agujeros y el porcentaje de superficie perforada (entre los materiales
habitualmente empleados se encuentran madera, cartón-yeso, ladrillo y chapa
metálica).
La capacidad absorbente deriva de la vibración de las partículas de aire contenidas en
las perforaciones cuando la onda acústica incide sobre el panel, de modo que el
rozamiento de éstas con las paredes genera calor, proceso que extrae energía del
entorno.
Una manera de incrementar la absorción que se produce en el resonador, es introducir
en la cavidad un material absorbente [13].Al agregar un material absorbente poroso en
la cavidad el comportamiento del dispositivo es de alguna manera configurable. Por lo
que es importante mencionar que el lugar donde se coloque este material absorbente
va a influir en la forma de la curva de absorción del resonador. Así, si lo ponemos justo
detrás del panel perforado, la curva será amplia y se irá estrechando a medida que
acercamos el material absorbente a la pared rígida. [17]
26
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Figura 3.2. Efecto del agregado de un material de fibra mineral dispuesto de dos formas
diferentes.[25]
Por otro lado, para que un panel perforado trabaje como resonador múltiple de
Helmholtz, debe tener un porcentaje de área abierta menor al 20%, caso contrario el
panel se torna acústicamente "transparente" cuyo coeficiente de absorción se
aproximaría a cero para todas las frecuencias consideradas, es decir la absorción
estaría dada por el material absorbente.[13], [15] ,[24]. [31]
Es posible estimar la frecuencia de resonancia mediante la expresión:
Donde:
Ɛ = Porcentaje de área abierta en el panel (en tanto por uno)
l’ = Profundidad de los huecos (cm).
d = Espesor de la capa de aire (cm).
3.2. PARÁMETROS QUE INFLUYEN EN LA ABSORCIÓN ACÚSTICA
A continuación el siguiente aparatado trata de los principales factores que afectan el
comportamiento de paneles perforados, cuando están combinados con materiales
absorbentes y cavidad de aire.
Varios autores como D. Takahashi [14] y J. Pfretzschner [15], identifican los principales
factores que influencian su comportamiento de absorción.
27
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Entre ellos tenemos:

Influencia del porcentaje de perforación o área abierta.

Influencia de la cavidad de aire.

Influencia del espesor de la placa.

Influencia diámetro de los agujeros.
J. Pfretzschner, en su artículo denominado
" Acoustic absorbent panels with low
perforation coefficient". utiliza una capa de lana mineral 4,5 cm, con una resistividad
de 14 ∗ 103
𝑃𝑎 ∗𝑠𝑒𝑔
𝑚2
= 14
𝐾𝑃𝑎 .𝑠𝑒𝑔
𝑚2
. La lana mineral ha sido colocado justo detrás de un
panel perforado de 11 mm de espesor. El panel tiene un porcentaje de perforación del
23%, el diámetro del agujero es 6mm y la cavidad de aire 20cm.[15]
En la figura 3.3 se ve la Influencia del porcentaje de perforación o área abierta. En este
sentido, dentro de sus conclusiones se establece que un porcentaje muy pequeño de
área abierta disminuye notablemente la absorción acústica del material absorbente
ubicado detrás del panel, se establece que el porcentaje de área abierta no debe ser
inferior al 20% para una máxima absorción del material absorbente. La línea de color
morado en las gráficas, indica el comportamiento del conjunto sin el panel
perforado.[15]
Figura 3.3. Coeficiente de absorción, para diferentes porcentajes de perforación[15]
Adicionalmente demostró que al aumentar el espesor de la cavidad posterior de aire,
la curva de absorción se desplaza hacia la izquierda es decir en el rango de bajas
28
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
frecuencias, mientras que la absorción a las altas frecuencias es baja. Esto se
evidencia en la figura 3.4. [15]
Figura 3.4. Coeficiente de absorción, para diferentes espesores de cavidad de aire[15]
Con respecto al espesor del panel perforado J. Pfretzschner, concluye que éste debe
ser lo pequeño posible para lograr una mayor absorción a altas frecuencias. Esto se
observa en la figura 3.5. [15]
Figura 3.5. Coeficiente de absorción, para diferentes espesores del panel perforado. [15]
Con respecto a la variabilidad en función del diámetro de los agujeros, J. Pfretzschner,
expone la figura 3.6 de la cual concluye que el diámetro de los agujeros debe ser lo
más pequeño como sea posible (manteniendo constante el coeficiente de perforación)
con el objetivo de aumentar la absorción a altas frecuencias.
29
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Figura 3.6. Coeficiente de absorción, para diferentes diámetros de perforado. [15]
Por otro lado, D. Takahashi [14], comprobó también teórica y experimentalmente la
influencia de la variación del diámetro del agujero en el comportamiento del conjunto
multicapa bajo características diferentes a las dadas por J. Pfretzschner. Para ello él
consideró un material poroso de 25mm de espesor, ubicado justo detrás del panel
perforado con una resistividad al flujo de 1.2 ∗ 104
𝑀𝐾𝑆−𝑟𝑎𝑦𝑙
𝑚
= 12
𝐾𝑃𝑎.𝑠𝑒𝑔
𝑚2
, una cavidad de
aire de 475 mm, un espesor de la placa perforada de 5mm y un porcentaje de área
abierta del 5.8%. En la figura se muestra el comportamiento del conjunto, y se puede
ver claramente que a medida de que aumenta el diámetro aumenta el coeficiente de
absorción a las frecuencias altas.[14]
Figura 3.7. Coeficiente de absorción, para diferentes diámetros de agujeros del panel
perforado. [15]
30
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Ante lo anteriormente expuesto, es importante notar que estos sistemas de absorción
tienen muchos fenómenos complejos que afectan el rendimiento acústico del mismo,
por lo que los comportamientos que éste tome pueden ser muy variables.
Los fenómenos, así como la existencia de muchos parámetros que intervienen en el
mecanismo de absorción parecen ser la causa de la dificultad de estimar el coeficiente
de absorción con precisión. [14]
3.3. PANELES MICRO-PERFORADOS
Los micro-perforados (MPP) fueron desarrollados a finales de los años sesenta del
siglo XX. La idea de absorber el sonido mediante un panel micro-perforado [26], [27],
se da debido a que se necesitaba un absorbedor de sonido para ambientes severos,
sin materiales porosos fibrosos adicionales, [27],[28]
ya que se sabe que estos
materiales absorbentes porosos, como la lana de vidrio, lana mineral y espuma de
uretano, producen partículas de polvo nocivas flotantes no deseados especialmente en
ambientes como hospitales, centros infantiles, centros de comedor, etc. [28] [29]
Los paneles micro-perforados, son paneles cuyas perforaciones son submilimétricas,
es decir el valor de sus diámetros es inferior al milímetro. Así el diámetro de los
orificios debe estar en el rango entre 0,05-1 mm y la relación de perforación está entre
0,5-1,5% [32] .
Los MPP tienen un gran potencial para absorber la energía del sonido en las
frecuencias bajas sin materiales porosos fibrosos adicionales.[26], [27], [28]. El panel
puede estar hecho de cualquier material como puede ser cartón, plástico, madera,
metal, etc .[27]
Por otra parte, está demostrado que un panel microperforado respaldado por una
cámara de aire y una superficie rígida, tiene un enorme potencial en la absorción de
bajas frecuencias con una cavidad de poca profundidad en comparación con la
longitud de onda.[27]
31
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
En la figura 3.8, se presenta un panel micro-perforado, y su espectro de frecuencia
cuyo diámetro de los agujeros es 0.5mm, el espesor de la placa de 0.5mm, distancia
entre centros 3.5mm y un porcentaje de área abierta de 1.34%. [26]
Figura 3.8. Espectro de frecuencia de un panel micro perforado [26]
32
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
CAPÍTULO 4
4. PRESENTACION DE LOS MODELOS DE ESTUDIO
4.1. INTRODUCCIÓN
El presente proyecto fin de máster se basa en conocer un parámetro importante en el
comportamiento acústico de paneles multicapa, con chapa perforada, como lo es el
coeficiente de absorción, para ello, se establece 3 modelos los cuáles han sido
simulados mediante el software AFMG SoundFlow.
Cada modelo ha sido optimizado, para conseguir en cada uno de ellos el mejor
coeficiente de absorción acústica, con el fin de cubrir el ruido generado por fuentes
externas.
4.2.DATOS DE PARTIDA
Las chapas con las que se ha trabajado en este proyecto corresponden al catálogo de
chapas perforadas de RMIG, empresa colaboradora en la redacción del presente
estudio.
Este proyecto se referirá entonces a paneles multicapa con chapa perforada, de
agujero redondo, con corte recto, y disposición de agujeros en tresbolillo. El porcentaje
de área abierta se encontrará entre 40 % y 50%, las perforaciones se limitarán a
diámetros de, 3mm, 5mm y 10mm y los espesores de panel son de 1mm y 1.5mm.Se
ha escogido los diámetros mencionados puesto que éstos son los más comunes en
usos arquitectónicos.
En el modelo 1, la variación del espesor de la cámara de aire está dada entre 400mm
y 1000mm; y en los modelos 2 y 3 la variación está dada entre 400mm y 800mm. El
espesor del material absorbente con el cual se ha simulado de manera inicial en los
tres modelos es 50mm.
Por otra parte, se ha considerado a la lana de roca como material absorbente para la
simulación de los tres modelos, ya que es el más utilizado en la construcción. Sus
propiedades físicas de interés para la simulación son: su densidad y resistividad al
flujo de aire de 80Kg/m³ y 42 KPa.seg/m², respectivamente.[18]
33
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
La cámara de aire se ha simulado bajo condiciones normales: Temperatura = 20ºC;
Presión= 1Pa, y una humedad relativa del 40%
En la figura 4.1, se observa las chapas perforadas referenciadas en este estudio, su
disposición, los diámetros considerados (R), la distancia entre centros (T), y el
porcentaje de área abierta.
Figura 4.1. Chapa perforada a utilizarse en la investigación. Catálogo RMIG [15]
4.3. BREVE EXPLICACIÓN DEL SOFTWARE AFMG SoundFlow
Existen tres versiones de SoundFlow AFMG, las cuales se utilizan mediante licencia y
son: Basic, Standard y Pro. Cada una de estas versiones tienen características
diferentes en cuanto a su funcionalidad y alcance en el cálculo. Ante esto SoundFlow,
como la mayor parte de programas tiene disponible una versión de prueba de corta
duración.
La versión con la que se trabajó en el presente proyecto corresponde a la versión de
prueba del Programa AFMG SoundFlow, con una duración de 30 días. Dicho esto, al
ser el programa una versión básica de prueba, existieron muchas restricciones en
cuanto su uso tales como el número de capas de la estructura, la selección de teorías
de cálculo, al número de estructuras que se representan en la interfaz gráfica, la
restricción de guardar el archivo simulado, etc.
Por otra parte, SoundFlow es un software de cálculo de algunos parámetros acústicos
en estructuras multicapa. El software permite el modelado de estructuras de pared,
piso y techo mediante la especificación de materiales de la capa y su espesor.
Además, SoundFlow proporciona una interfaz gráfica intuitiva para definir el número de
capas, su espesor y su material. [22]
34
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
El programa puede mostrar los siguientes resultados del cálculo:

Coeficiente de absorción.

Coeficiente de reflexión.

Pérdida de transmisión de impedancia de entrada incluyendo la parte real e
imaginaria, así como la magnitud y la fase.

Factor de reflexión incluyendo la parte real e imaginaria, así como la magnitud
y la fase.

Factor de transmisión incluyendo la parte real e imaginaria complejo, así como
la magnitud y la fase.[22]
Por otra parte, el programa posee una base de datos con materiales comunes que
permiten el modelado rápido de múltiples capas. En la base de datos estos materiales
se dividen en tres tipos: absorbentes, paneles y placas perforadas. La clasificación
depende de los mecanismos de absorción del sonido, y para cada tipo, se utilizan
diferentes propiedades físicas para definir el material en el cálculo. En los materiales
absorbentes, por ejemplo, se debe definir su resistencia al flujo del aire y su densidad,
en el caso de las placas perforadas se define su porcentaje de área abierta, etc.
Adicionalmente, los ejes de los gráficos mostrados, así como la resolución de
frecuencia son ajustables. También se puede definir la dirección de incidencia, ya sea
mediante la introducción de un ángulo en particular, considerar incidencia normal, o
también suponer un campo difuso(en caso de cámaras reverberantes).
Por ello, para este proyecto se ha trabajado con una resolución de frecuencias de
banda de tercio de octava, y se ha considerado una incidencia normal de la onda
sonora (0º).
Finalmente SoundFlow permite la modificación de varias estructuras al mismo tiempo y
la ventana de resultados permite visualizar las características acústicas de estas
estructuras. [22]
4.3.1. Principios generales de cálculo del software AFMG SoundFlow
El coeficiente de absorción describe la absorción acústica de una estructura. Si nada
de la energía del sonido es reflejada, el coeficiente de absorción es 1. Si toda la
energía se refleja, el coeficiente de absorción es 0.
35
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
El cálculo del coeficiente de absorción (α), está basado tanto en la intensidad de la
onda incidente (Ii ), como en la intensidad de la onda reflejada
𝛼=
Ii − Ir
Ii
El coeficiente de absorción también puede ser expresado mediante el uso del módulo
del factor de reflexión complejo (r)
𝛼 = 1 − |𝑟|²
En mediciones realizadas en cámara de reverberación y en cálculos equivalentes, el
coeficiente de absorción calculado de una estructura de múltiples capas puede ser
superior a 1 .Sin embargo, en la práctica, una estructura no puede absorber más de la
energía total, por lo que el valor máximo a considerarse es 1. Por lo tanto, los valores
por encima de 1 deben ser clasificados como totalmente absorbente. [22]
El motor de cálculo es una aplicación precisa basada en la teoría de los absorbentes
de sonido desarrollado por Mechel, Bies y otros. Además puede elegir entre varios
modelos computacionales, incluyendo el cálculo de acuerdo a la norma UNE -EN ISO
354 (para ensayos en cámara reverberante). Sin embargo, la versión actual de este
software no está habilitada para usarse en capas adheridas o capas laminadas.
Además esta versión del software se limita a la teoría de placas delgadas que permite
considerar estructuras con un espesor de hasta 3 a 4 longitudes de onda. [22]
4.4. DEFINICIÓN DE VARIABLES Y DETALLE DE LOS PARÁMETROS DE
SIMULACIÓN INICIALES:
Como se ha dicho anteriormente en este proyecto fin de máter, se ha considerado tres
modelos para ser simulados y optimizados.
Los tres modelos de manera inicial han sido simulados bajo los mismos parámetros en
cuanto a el espesor de la chapa perforada( 1mm ), el diámetro de los agujeros ( 3mm )
el porcentaje de área abierta ( 51% ); el espesor material absorbente (50mm- lana de
roca ) y el espesor de la cámara de aire (800mm). Esto se ha realizado para identificar
el comportamiento acústico de cada modelo, considerando las mismas características
pero variando la posición de los elementos que conforman cada modelo.
36
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Por otra parte, para tener una mayor facilidad en el manejo de los parámetros que se
varían en cada modelo, a continuación se define las variables que representarán a
cada uno de ellos a lo largo del proyecto.
Ø= Diámetro del agujero de la chapa perforada (mm)
ea= Espesor del material absorbente (mm)
c.a.= Espesor de la cámara de aire (mm)
ep= Espesor de la placa (mm)
p=Porcentaje de área abierta (%)
Cabe recalcar que los modelos 1 y 2 no son el concepto en el que actualmente se
fundamenta una fachada de chapa perforada, sin embargo se presenta el siguiente
análisis, ya que dichas opciones podrían plantearse como un concepto futurista de
este tipo de fachada. En la tabla 4.1, se muestra los modelos planteados, bajo
parámetros comunes.
Tabla 4.1. Modelos planteados para la simulaciones.[15]
37
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
CAPÍTULO 5
5. ANÁLISIS Y RESULTADOS DE LOS MODELOS DE ESTUDIO
En el apartado 5.1 del presente capítulo se muestra un gráfico de cada modelo, el cual
está acompañado con un detalle que define su configuración. Adicionalmente a esto,
se presenta una tabla en la cual se detalla la absorción del sonido en cada frecuencia
de tercio de octava, se incluye también una gráfica, que plasma el comportamiento del
espectro de frecuencias para cada modelo. Con todo lo anteriormente detallado se
procede a realizar el análisis crítico de los modelos que han sido simulados y a partir
de estos realizar su optimización.
5.1.PRESENTACIÓN DE MODELOS PROPUESTOS Y ANÁLISIS
Para este proyecto, como se mencionó en el apartado anterior, se ha definido tres
modelos básicos, en donde se puede ver el comportamiento del conjunto multicapa al
variar únicamente la posición de la cámara de aire y del material absorbente (lana de
roca).
MODELO 1
Panel perforado + material
absorbente (lana de roca) +
cámara de aire + pared rígida.
38
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
MODELO 2
Panel perforado + material
absorbente (lana de roca) +
cámara de aire + material
absorbente (lana de roca) +
pared rígida.
MODELO 3
Panel perforado + cámara de
aire
+
material
absorbente
(lana de roca) + pared rígida
39
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Coeficiente Absorción
FRECUENCIAS
(Hz)
50
MODELO 1
MODELO 2
MODELO 3
0,77
0,56
0,01
63
0,66
0,77
0,02
80
0,58
0,86
0,03
100
0,53
0,85
0,06
125
0,49
0,75
0,12
160
0,42
0,52
0,2
200
0,27
0,26
0,3
250
0,64
0,86
0,42
315
0,55
0,91
0,53
400
0,48
0,59
0,63
500
0,63
0,93
0,72
630
0,64
0,78
0,77
800
0,7
0,83
0,8
1000
0,76
0,87
0,82
1250
0,82
0,88
0,83
1600
0,87
0,86
0,85
2000
0,9
0,88
0,87
2500
0,93
0,88
0,9
3150
0,95
0,91
0,93
4000
0,97
0,93
0,94
5000
0,98
0,95
0,94
Tabla 5.1. Frecuencias y coeficiente de absorción de los modelos planteados.
Figura 5.1. Frecuencias vs coeficientes de absorción de los modelos 1,2,3
40
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Análisis:

El espectro de frecuencias del modelo 3, se comporta básicamente como un
material absorbente, es decir posee poca absorción a bajas frecuencias y una
buena absorción a altos rangos de frecuencia.

El espectro de frecuencias del modelo 1, experimenta un incremento de
absorción a las bajas frecuencias, en relación al modelo 3.

Claramente se observa que la mejor configuración es la número 2, ya que con
ésta se logra cubrir todo el rango de frecuencias, a la vez que se logra una
mayor absorción a frecuencias bajas y medias, es decir se logra sumar los
efectos favorables de la configuración 1 y 3.

Finalmente, ante los resultados obtenidos se puede ratificar que el modelo 2
presenta el mejor comportamiento de absorción. Es importante tener presente
que el objetivo de este proyecto es encontrar aquel modelo que sea capaz de
cubrir los sonidos de fuentes externas, tales como el ruido del tráfico, trenes y
aviones, cuyas frecuencias más problemáticas se encuentran en el rango de
las bajas frecuencias.
5.2. PARÁMETROS DE OPTIMIZACIÓN DE LOS MODELOS PROPUESTOS
Después de conocer el comportamiento de los modelos propuestos, se plantea la
optimización de cada uno de ellos, para lo cual se procede a verificar la influencia de:

Espesor del material absorbente.

Espesor de la cavidad del aire.

Diámetro de los agujeros del panel.

Espesor del panel perforado.
En la tabla 5.2 se presenta un cuadro resumen que incluye una gráfica de cada
modelo, y el detalle de los parámetros con los cuales se ha realizado la simulaciones,
es necesario comentar que ciertos valores han sido dados solamente para poder
especificar la tendencia de los espectros de frecuencia, Dichos valores serán
enunciados a su tiempo en el apartado 5.3 que trata sobre la optimización de los
modelos propuestos.
41
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Tabla 5.2. Variaciones propuestas en los modelos de estudio
Adicionalmente a esto, en el caso del modelo 1, para obtener la distancia óptima entre
la pared rígida y el material absorbente, que permita lograr la mayor absorción
acústica se ha identificado las frecuencias en la banda de octava más cercana al
máximo nivel de presión del sonido de las figuras 2.3 - 2.4 - 2.5 del Capítulo 2,
(Espectro de frecuencia típico de ruido de tráfico, aviones y trenes) del presente
proyecto.
Identificados estos valores de frecuencia se ha realizado una media entre ellos para
obtener un valor que cubra todas las frecuencias y por medio de la longitud de onda
encontrar la distancia óptima. En este caso se ha tomado ese criterio de cálculo ya
que la chapa resulta acústicamente transparente puesto que el porcentaje de
perforación de la chapa es mayor al 20%.
42
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Siendo así. Se determina las Frecuencias en la banda de octava más cercana de:

Ruido del tráfico= 125 Hz

Ruido de aviones=250Hz

Ruido de trenes= 63 Hz
Promediando los valores se obtienen una frecuencia de 146 Hz. (Este valor será
considerado como referencia para todos los modelos, con el fin de conocer si éstos
tienen una buena absorción a esta frecuencia)
Se determina la longitud de onda de esa frecuencia:
𝜆=
345𝑚/𝑠
= 2.36𝑚
146𝐻𝑧
Se calcula la distancia óptima para lograr la mejor absorción acústica de una
frecuencia de 146 Hz para el modelo 1.
𝑐. 𝑎 =
𝜆 2.36𝑚
=
= 0.59𝑚 = 600𝑚𝑚
4
4
5.3. OPTIMIZACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS MODELOS PROPUESTOS
Después de simular los tres modelos bajo los mismos parámetros y características de
los materiales, y únicamente variando la posición de los mismos, se plantea ahora la
realización de un proceso de optimización de cada uno de los modelos, con el objetivo
de identificar aquel modelo que mejor se adapte al requisito del presente estudio, el
cual como ya se mencionó en repetidas ocasiones, es lograr la mayor absorción
acústica frente al ruido generado por fuentes externas, como son los ruidos del tráfico
vehicular, aviones y trenes.
Para ello, se presenta un esquema que indica la configuración y espesores de cada
capa del modelo, en función de la variación de los parámetros de optimización,
acompañado de un detalle de los parámetros considerados para la simulación.
Además de esto se muestra una tabla y una gráfica que expone el coeficiente de
absorción del sonido para cada frecuencia de tercio de octava en función de cada
parámetro de optimización, concluyendo con un análisis de los resultados obtenidos.
A continuación se presenta el proceso de optimización de los modelos 1,2,3 de
acuerdo a los parámetros citados en el apartado 5.2 de este estudio. Para ello se
43
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
realiza la simulación variando el primer parámetro y se selecciona el valor de éste, que
haya generado el mejor comportamiento acústico, una vez identificado este valor, se lo
conserva para la simulación en función de la variación del siguiente parámetro y así
sucesivamente hasta culminar con la variación de todos los parámetros de cada
modelo. Con esto se llega a obtener tres modelos multicapa optimizados a partir de
diferentes modelos.
5.3.1. OPTIMIZACIÓN DEL MODELO 1
5.3.1.1. Influencia del espesor del material absorbente
ea=5mm
c.a.= 800mm
Ø=3mm
ep= 1mm
ea=10 mm
c.a.= 800mm
Ø=3mm
ep= 1mm
44
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
ea=50 mm
c.a.= 800mm
Ø=3mm
ep= 1mm
Coeficiente Absorción
FRECUENCIAS
MODELO 1
(Hz)
ea=5mm
ea= 10mm
ea= 50mm
50
0,26
0,52
0,77
63
0,44
0,75
0,66
80
0,6
0,87
0,58
100
0,69
0,87
0,53
125
0,66
0,79
0,49
160
0,47
0,6
0,42
200
0,1
0,16
0,27
250
0,41
0,63
0,64
315
0,83
0,95
0,55
400
0,31
0,4
0,48
500
0,69
0,86
0,63
630
0,39
0,53
0,64
800
0,54
0,66
0,7
1000
0,55
0,7
0,76
1250
0,62
0,76
0,82
1600
0,5
0,65
0,87
2000
0,58
0,73
0,9
2500
0,56
0,73
0,93
3150
0,6
0,76
0,95
4000
0,62
0,81
0,97
5000
0,6
0,79
0,98
Tabla 5.3. Frecuencias y coeficientes de absorción. Modelo 1, para diferentes espesores
de material absorbente
45
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Figura 5.2. Frecuencias vs coeficientes de absorción. Modelo 1, para diferentes
espesores de material absorbente
Análisis:

En la figura 5.2, se observa que cuando ea=50mm, se tiene buena absorción a
frecuencias altas, pero un comportamiento no tan bueno a bajas frecuencias,
comparado con la absorción de los otros dos casos en este rango.

Cuando ea= 10mm y ea=5mm, se tiene un incremento en el coeficiente de
absorción en el rango de medias y bajas frecuencias, con respecto al caso
arriba mencionado (ea=50mm) y un decremento del coeficiente de absorción a
altas frecuencias.
Es importante mencionar que el valor ea=50mm en este modelo y para la
aplicabilidad requerida como es el ser parte de una fachada de chapa perforada,
es prácticamente imposible debido a que la fachada se tornaría muy pesada, por lo
que este dato se lo ha tomado de manera arbitraria, con el objetivo de demostrar
de manera clara la variación que se da en el espectro de frecuencias al aumentar
el espesor del material absorbente.
Finalmente ante lo arriba expuesto, para el siguiente parámetro de optimización, se
usará un espesor del material absorbente de 10mm ya que presenta el mejor
46
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
coeficiente de absorción en el rango de frecuencias de interés (frecuencias bajas).
y en las frecuencias medias.
5.3.1.2. Influencia del espesor de la cavidad del aire
c.a.= 400mm
ea=10 mm
Ø=3mm
ep= 1mm
c.a.= 600mm
ea=10 mm
Ø=3mm
ep= 1mm
c.a.= 800mm
ea=10 mm
Ø=3mm
ep= 1mm
47
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
c.a.= 1000mm
ea=10 mm
Ø=3mm
ep= 1mm
Coeficiente Absorción
FRECUENCIAS
MODELO 1
(Hz)
c.a= 400mm c.a= 600mm c.a.= 800mm c.a=1000mm
50
0,18
0,36
0,52
0,62
63
0,36
0,62
0,75
0,78
80
0,61
0,83
0,87
0,81
100
0,82
0,93
0,87
0,75
125
0,95
0,93
0,79
0,57
160
0,98
0,87
0,6
0,16
200
0,96
0,71
0,16
0,59
250
0,88
0,29
0,63
0,95
315
0,67
0,41
0,95
0,41
400
0,18
0,97
0,4
0,83
500
0,66
0,59
0,86
0,52
630
0,96
0,67
0,53
0,67
800
0,41
0,56
0,66
0,69
1000
0,88
0,78
0,7
0,65
1250
0,56
0,66
0,76
0,63
1600
0,67
0,67
0,65
0,72
2000
0,74
0,73
0,73
0,69
2500
0,77
0,72
0,73
0,74
3150
0,72
0,77
0,76
0,74
4000
0,78
0,75
0,81
0,79
5000
0,8
0,82
0,79
0,85
Tabla 5.4. Frecuencias y coeficientes de absorción. Modelo 1, para diferentes espesores
de cámara de aire.
48
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Figura 5.3. Frecuencias vs coeficientes de absorción. Modelo 1, para diferentes
espesores de cámara de aire.
Análisis:
 A medida de que se aumenta la cámara de aire la gráfica se va desplazando hacia
la izquierda, por lo que la tendencia es cubrir las frecuencias bajas.
 El coeficiente de absorción en el rango de bajas frecuencias va decreciendo al
aumentar la cámara de aire.
 De manera aparente, se diría, que el espectro de frecuencia cuando ca=400mm
tiene el mayor coeficiente de absorción a bajas frecuencias, sin embargo por lo
analizado en el apartado 5.2. del presente proyecto, se opta por seleccionar el
espectro de frecuencia originado cuando ca= 600mm, ya que se considera como la
distancia óptima a la cual se dará la mejor absorción para la frecuencia promedio de
interés (146 Hz), al mismo tiempo que, para aplicaciones de este modelo como
fachada la distancia mínima (c.a.) para realizar la limpieza de ventanas es 600mm.
49
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
5.3.1.3. Influencia del diámetro de los agujeros del panel
Ø=3mm
p=51%
c.a.= 600mm
ea=10 mm
ep= 1mm
Ø=5mm
p=46.27%
c.a.= 600mm
ea=10 mm
ep= 1mm
Ø=10mm
p=46.27%
c.a.= 600mm
ea=10 mm
ep= 1mm
Ø=3mm*
p=5.67%
c.a.= 600mm
ea=10 mm
ep= 1mm
50
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Coeficiente Absorción
FRECUENCIAS
MODELO 1
(Hz)
Ø= 3mm
Ø= 5mm
Ø= 10mm
Ø= 3mm*
p(%)
50
51,01
46,27
46,27
5,67
0,36
0,36
0,36
0,66
63
0,62
0,62
0,62
0,91
80
0,83
0,83
0,83
0,98
100
0,93
0,93
0,93
0,94
125
0,93
0,93
0,93
0,88
160
0,87
0,87
0,87
0,79
200
0,71
0,71
0,71
0,66
250
0,29
0,29
0,28
0,3
315
0,41
0,42
0,42
0,56
400
0,97
0,97
0,97
0,89
500
0,59
0,59
0,59
0,51
630
0,67
0,67
0,68
0,73
800
0,56
0,56
0,56
0,52
1000
0,78
0,77
0,77
0,65
1250
0,66
0,66
0,66
0,6
1600
0,67
0,67
0,68
0,61
2000
0,73
0,73
0,73
0,53
2500
0,72
0,72
0,72
0,48
3150
0,77
0,77
0,77
0,42
4000
0,75
0,75
0,75
0,38
5000
0,82
0,82
0,82
0,28
Tabla 5.5. Frecuencias y coeficientes de absorción. Modelo 1, para diferentes diámetros
de los agujeros
Figura 5.4. Frecuencias vs coeficientes de absorción. Modelo 1, para diferentes
diámetros de los agujeros
51
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Análisis:

Se aprecia que con los diámetros de 3mm, 5mm y 10mm el espectro de
frecuencias se mantiene exactamente igual en todos los rangos de frecuencia,
cabe destacar que el porcentaje de área abierta es muy similar en los tres
casos.

Cuando Ø=3mm*, cuyo porcentaje de área abierta es 5.67% se observa que la
curva tiene otro comportamiento, ya que el espectro tiende a reducir
visiblemente su absorción a altas frecuencias. Este diámetro con dicho valor de
porosidad no está contemplado en las chapas usadas para este proyecto, sin
embargo se lo ha simulado para marcar un poco la diferencia que puede existir
al variar el espaciamiento entre centros de los agujeros y por ende el
porcentaje de área abierta. Para la siguiente optimización se usa de manera
arbitraria un diámetro de 3mm.
5.3.1.4. Influencia del espesor del panel perforado
ep= 1mm
Ø=3mm
c.a.= 600mm
ea=10 mm
ep= 1.5mm
Ø=3mm
c.a.= 600mm
ea=10 mm
52
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
ep= 10mm
Ø=3mm
c.a.= 600mm
ea=10 mm
ep= 30mm
Ø=3mm
c.a.= 600mm
ea=10 mm
Coeficiente Absorción
FRECUENCIAS
MODELO 1
(Hz)
ep=1mm
ep=1,5mm
ep=10mm
ep=30mm
50
0,36
0,36
0,37
0,37
63
0,62
0,62
0,63
0,64
80
0,83
0,83
0,84
0,85
100
0,93
0,93
0,93
0,93
125
0,93
0,93
0,93
0,91
160
0,87
0,87
0,86
0,83
200
0,71
0,71
0,69
0,66
250
0,29
0,29
0,28
0,27
315
0,41
0,42
0,43
0,46
400
0,97
0,97
0,97
0,95
500
0,59
0,59
0,57
0,52
630
0,67
0,67
0,69
0,71
800
0,56
0,56
0,54
0,52
1000
0,78
0,78
0,76
0,72
1250
0,66
0,66
0,66
0,64
1600
0,67
0,67
0,69
0,65
2000
0,73
0,73
0,71
0,67
2500
0,72
0,72
0,72
0,68
3150
0,77
0,77
0,74
0,69
4000
0,75
0,75
0,77
0,68
5000
0,82
0,83
0,8
0,78
Tabla 5.6. Frecuencias y coeficientes de absorción. Modelo 1, para diferentes espesores
del panel perforado
53
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Figura 5.5. Frecuencias vs coeficientes de absorción modelo 1, para diferentes
espesores del panel perforado
Análisis:

Los espesores de la chapa perforada de 10 mm y 30 mm, se han simulado
únicamente para determinar el comportamiento del espectro de frecuencias al
variar el espesor de la placa de una manera más visible, es importante recalcar
que estos espesores de paneles perforados de ninguna manera se usan para
este tipo de fachadas.

Bajo los parámetros simulados se aprecia que el espectro de frecuencia
cuando ep=1mm y ep=1.5mm se mantiene igual en los dos casos; pero
cuando comparamos estos dos espesores del panel, con los dos restantes de
10mm y 30mm, vagamente se muestra una cierta tendencia en la frecuencia
1600Hz aproximadamente, que podría inducir el criterio que medida que se
aumenta el espesor del panel perforado la capacidad de absorción a altas
frecuencias se reduce, no obstante este comportamiento no está nada claro en
el diagrama.
54
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
5.3.2. OPTIMIZACIÓN DEL MODELO 2
5.3.2.1. Influencia del espesor del material absorbente
ep= 10+10mm
c.a.= 800mm
Ø=3mm
ep=1 mm
ep= 10+20mm
c.a.= 800mm
Ø=3mm
ep=1 mm
ep= 10+40mm
c.a.= 800mm
Ø=3mm
ep=1 mm
55
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Coeficiente Absorción
FRECUENCIAS
MODELO 2
(Hz)
ea=10+10mm ea= 10+20mm ea=10+ 40mm
50
0,53
0,54
0,56
63
0,76
0,76
0,77
80
0,87
0,86
0,86
100
0,86
0,86
0,85
125
0,78
0,77
0,75
160
0,58
0,55
0,52
200
0,14
0,15
0,26
250
0,69
0,75
0,86
315
0,94
0,93
0,91
400
0,38
0,41
0,59
500
0,89
0,91
0,93
630
0,55
0,62
0,78
800
0,67
0,73
0,83
1000
0,73
0,81
0,87
1250
0,77
0,83
0,88
1600
0,72
0,84
0,86
2000
0,78
0,87
0,88
2500
0,79
0,9
0,88
3150
0,85
0,92
0,91
4000
0,89
0,94
0,93
5000
0,94
0,95
0,95
Tabla 5.7. Frecuencias y coeficientes de absorción. Modelo 2, para diferentes espesores
de material absorbente
Figura 5.6. Frecuencias vs coeficientes de absorción. Modelo 2 para diferentes
espesores de material absorbente
56
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Análisis:

En la gráfica se observa que a medida que se aumenta el espesor del
absorbente adherido a la pared rígida, la absorción a medias y altas
frecuencias aumenta. Con respecto a las bajas frecuencias prácticamente el
comportamiento es el mismo en los tres casos.

En la frecuencia de 200Hz, se aprecia un descenso dramático del coeficiente
de absorción, sin embargo, teniendo en cuenta que la frecuencia más
problemática que se quiere cubrir es de 146 Hz (frecuencia promedio originada
por el ruido de tráfico, aviones y trenes), los tres casos resultarían
convenientes. Por otra parte, las frecuencias altas (sonidos agudos) causan
también molestias a la población por lo que para la siguiente optimización se
considera un espesor de material absorbente de 10+40mm ya precisamente el
squeal ocasionado por el contacto rueda- carril en los trenes se encuentra
dentro de las frecuencias altas.
5.3.2.2 Influencia del espesor de la cavidad del aire
c.a.= 400mm
ea=10+40 mm
Ø=3mm
ep= 1mm
c.a.= 600mm
ea=10+40 mm
Ø=3mm
ep= 1mm
57
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
c.a.= 800mm
ea=10+40 mm
Ø=3mm
ep= 1mm
Coeficiente Absorción
FRECUENCIAS
MODELO 2
(Hz)
c.a= 400mm c.a= 600mm c.a.= 800mm
50
0,23
0,41
0,56
63
0,44
0,67
0,77
80
0,7
0,86
0,86
100
0,89
0,93
0,85
125
0,97
0,91
0,75
160
0,98
0,82
0,52
200
0,93
0,63
0,26
250
0,82
0,33
0,86
315
0,58
0,78
0,91
400
0,52
0,96
0,59
500
0,92
0,67
0,93
630
0,91
0,91
0,78
800
0,74
0,79
0,83
1000
0,93
0,87
0,87
1250
0,84
0,87
0,88
1600
0,86
0,88
0,86
2000
0,89
0,88
0,88
2500
0,89
0,89
0,88
3150
0,91
0,91
0,91
4000
0,93
0,93
0,93
5000
0,95
0,95
0,95
Tabla 5.8. Frecuencias y coeficientes de absorción. Modelo 2, para diferentes espesores
de cámara de aire.
58
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Figura 5.7. Frecuencias vs coeficientes de absorción. Modelo 2, para diferentes
espesores de cámara de aire.
Análisis:

A medida que la cámara de aire aumenta su espesor, la gráfica se va
desplazando hacia la izquierda, por lo tanto al realizar dicho aumento la
tendencia del espectro, sería cubrir frecuencias bajas.

El coeficiente de absorción en el rango de bajas frecuencias va decreciendo al
aumentar la cámara de aire.

El espectro originado cuando ca= 400mm, es el más opcionado para ser
tomado ya que presenta la mejor absorción en todo en rango de frecuencias,
especialmente en el rango de interés (frecuencias bajas) sin embargo se toma
el valor de 600mm,para la siguiente optimización ya que al igual que el caso
antes ( modelo 1) mencionado también tiene buena absorción a bajas
frecuencias y además de esto 600mm, es el espacio mínimo de instalación de
una fachada de este tipo para su mantenimiento y limpieza.
59
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
5.3.2.3. Influencia del diámetro de los agujeros del panel
Ø=3mm
p=51%
c.a.= 600mm
ea=10+40 mm
ep= 1mm
Ø=5mm
p=46.27%
c.a.= 600mm
ea=10+40 mm
ep= 1mm
Ø=10mm
p=46.27%
c.a.= 600mm
ea=10+40 mm
ep= 1mm
Ø=3mm*
p=5.67%
c.a.= 600mm
ea=10+40 mm
ep= 1mm
60
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Coeficiente Absorción
FRECUENCIAS
MODELO 2
(Hz)
Ø= 3mm
Ø= 5mm
Ø= 10mm
Ø= 3mm*
p(%)
50
51,01
46,27
46,27
5,67
0,41
0,41
0,41
0,71
63
0,67
0,67
0,67
0,93
80
0,86
0,86
0,86
0,97
100
0,93
0,93
0,93
0,92
125
0,91
0,91
0,91
0,84
160
0,82
0,82
0,82
0,75
200
0,63
0,62
0,62
0,59
250
0,33
0,33
0,33
0,33
315
0,78
0,78
0,78
0,83
400
0,96
0,96
0,95
0,82
500
0,67
0,67
0,67
0,58
630
0,91
0,91
0,91
0,81
800
0,79
0,79
0,79
0,68
1000
0,87
0,87
0,87
0,7
1250
0,87
0,87
0,87
0,69
1600
0,88
0,88
0,88
0,67
2000
0,88
0,88
0,88
0,6
2500
0,89
0,89
0,9
0,55
3150
0,91
0,91
0,92
0,46
4000
0,93
0,93
0,94
0,36
0,95
0,96
0,97
0,26
5000
Tabla 5.9. Frecuencias y coeficientes de absorción. Modelo 2, para diferentes diámetros
de perforación
Figura 5.8. Frecuencias vs coeficientes de absorción. Modelo 2, para diferentes
diámetros de perforación
61
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Análisis:

Al igual que el modelo 1, se observa que con estos diámetros de 3mm, 5mm y
10mm el espectro de frecuencias se mantiene igual en los tres casos a lo largo
de todos los rangos de frecuencia.

Además de esto, cuando el porcentaje de área abierta del panel es bajo
(Ø=3mm*), la absorción a medias y altas frecuencias tiende a reducirse. Se
destaca de nuevo que este valor de diámetro con bajo porcentaje de área
abierta ha sido únicamente considerado, para establecer la tendencia del
espectro de frecuencias.
5.3.2.4. Influencia del espesor del panel perforado
ep= 1mm
Ø=3mm
c.a.= 600mm
ea=10+40 mm
ep= 1.5mm
Ø=3mm
c.a.= 600mm
ea=10+40 mm
62
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
ep= 10mm
Ø=3mm
c.a.= 600mm
ea=10+40 mm
ep= 30mm
Ø=3mm
c.a.= 600mm
ea=10+40 mm
Coeficiente Absorción
FRECUENCIAS
MODELO 2
(Hz)
ep=1mm
ep=1,5mm
ep=10mm
ep=30mm
50
0,41
0,41
0,41
0,42
63
0,67
0,67
0,68
0,69
80
0,86
0,86
0,86
0,87
100
0,93
0,93
0,93
0,92
125
0,91
0,91
0,9
0,88
160
0,82
0,82
0,81
0,78
200
0,63
0,62
0,61
0,58
0,33
0,32
250
0,33
0,33
315
0,78
0,78
0,8
0,83
400
0,96
0,96
0,94
0,91
0,65
0,92
500
0,67
0,67
0,66
630
0,91
0,91
0,92
800
0,79
0,79
0,79
0,8
0,86
1000
0,87
0,87
0,86
1250
0,87
0,87
0,88
0,89
1600
0,88
0,88
0,9
0,91
0,89
2000
0,88
0,88
0,89
2500
0,89
0,89
0,92
0,87
3150
0,91
0,91
0,94
0,82
0,79
0,87
4000
0,93
0,93
0,94
5000
0,95
0,96
0,91
Tabla 5.10. Frecuencias y coeficientes de absorción. Modelo 2, para diferentes espesores
del panel perforado
63
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Figura 5.9. Frecuencias vs coeficientes de absorción. Modelo 2, para diferentes
espesores del panel perforado
Análisis:

En este caso, se visualiza, que no existe una variación en el comportamiento
de los espectros de frecuencia, y a pesar de que los modelos se han simulado
con espesores de 10mm y 30mm (no corresponden al estudio), no presentan
cambios
significativos
que
permitan
establecer
una
tendencia
clara.
Únicamente se observa una leve tendencia y nada cierta que indicaría que a
menor espesor de la placa, mayor es la absorción a altas frecuencias.
64
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
5.3.3. OPTIMIZACIÓNDEL MODELO 3
5.3.3.1. Influencia del espesor del material absorbente
ea=25mm
c.a.= 600mm
Ø=3mm
ep= 1.5mm
ea=50mm
c.a.= 600mm
Ø=3mm
ep= 1.5mm
ea=75mm
c.a.= 600mm
Ø=3mm
ep= 1.5mm
65
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Coeficiente Absorción
FRECUENCIAS
MODELO 3
(Hz)
ea=25mm
ea= 50mm
ea=75mm
50
0
0,01
63
0
0,02
0,03
0,06
80
0
0,03
0,12
100
0,01
0,06
0,23
125
0,01
0,12
0,37
160
0,03
0,2
0,5
200
0,04
0,3
0,59
250
0,07
0,42
0,64
315
0,11
0,53
0,66
400
0,17
0,63
0,68
500
0,26
0,72
0,7
630
0,38
0,77
0,71
800
0,51
0,8
0,73
1000
0,65
0,82
0,77
1250
0,78
0,83
0,81
1600
0,89
0,85
0,85
2000
0,95
0,87
0,88
2500
0,97
0,9
0,91
3150
0,96
0,93
0,93
4000
0,93
0,94
0,94
5000
0,91
0,94
0,94
Tabla 5.11. Frecuencias y coeficientes de absorción. Modelo 3, para diferentes espesores
de material absorbente
Figura 5.10. Frecuencias vs coeficientes de absorción. Modelo 3, para diferentes
espesores de material absorbente
66
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Análisis:

En la figura 5.10 se observa que el comportamiento que presentan los tres
espectros de frecuencia es el típico de los materiales absorbentes, donde el
coeficiente de absorción a bajas frecuencias es malo y cuyo coeficiente de
absorción en los altos rangos de frecuencia es muy bueno, así, el mayor
coeficiente de absorción en el rango de las frecuencias bajas y medias se da
cuando ea=75mm, sin embargo para el uso que se le quiere dar(
fachadas),resultaría demasiada la inversión causada en la compra del material
absorbente, y también se sobrecargaría peso a la estructura, por lo que se
usará un ea= 50mm para el próximo parámetro de optimización.
5.3.3.2. Influencia del espesor de la cavidad del aire
c.a.= 400mm
ea=50 mm
Ø=3mm
ep= 1mm
c.a.= 600mm
ea=50 mm
Ø=3mm
ep= 1mm
67
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
c.a.= 800mm
ea=50 mm
Ø=3mm
ep= 1mm
Coeficiente Absorción
FRECUENCIAS
MODELO 3
(Hz)
c,a=400mm c.a= 600mm c.a=800mm
50
0,01
63
0,01
0,02
0,01
0,02
80
0,03
0,03
0,03
100
0,06
0,06
0,06
125
0,12
0,12
0,12
160
0,2
0,2
0,2
200
0,3
0,3
0,3
250
0,41
0,42
0,42
315
0,53
0,54
0,53
400
0,64
0,64
0,63
500
0,72
0,71
0,72
630
0,77
0,78
0,77
800
0,8
0,8
0,8
1000
0,83
0,82
1250
0,84
0,82
0,83
1600
0,84
0,85
0,85
2000
0,87
0,86
0,87
2500
0,9
0,9
0,9
3150
0,93
0,93
0,93
4000
0,94
0,94
0,94
5000
0,94
0,95
0,94
0,02
0,83
Tabla 5.12. Frecuencias y coeficientes de absorción. Modelo 3, para diferentes espesores
de cámara de aire.
68
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Figura 5.11. Frecuencias vs coeficientes de absorción, modelo 3, para diferentes
espesores de cámara de aire.
Análisis:

Se puede apreciar en la figura 5.11, que el incremento o disminución del
espesor de la cámara de aire, no ha provocado cambios en el espectro de
frecuencia. Por lo que, para la optimización que sigue se conservará una
cámara de aire de 800mm, por ser la distancia con la cual partió la simulación
inicial, considerada como tal, por ser la distancia de separación más común
empleada en la construcción.
5.3.3.3. Influencia del diámetro de los agujeros del panel
Ø=3mm
p=51%
c.a.= 800mm
ea=50 mm
ep= 1mm
69
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Ø=5mm
p=46.27%
c.a.= 800mm
ea=50 mm
ep= 1mm
Ø=10mm
p=46.27%
c.a.= 800mm
ea=50 mm
ep= 1mm
Ø=3mm*
p=5.67%
c.a.= 800mm
ea=50 mm
ep= 1mm
70
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Coeficiente Absorción
FRECUENCIAS
MODELO 3
(Hz)
Ø= 3mm
Ø= 5mm
Ø= 10mm
Ø= 3mm*
p(%)
50
51,01
46,27
46,27
5,67
0,01
0,01
0,01
0,1
63
0,02
0,02
0,02
0,02
80
0,03
0,03
0,03
0,03
100
0,06
0,06
0,06
0,06
125
0,12
0,12
0,12
0,1
160
0,2
0,19
0,19
0,17
200
0,3
0,3
0,3
0,31
250
0,42
0,42
0,43
0,51
315
0,53
0,53
0,53
0,45
400
0,63
0,63
0,63
0,6
500
0,72
0,72
0,72
0,67
630
0,77
0,77
0,77
0,73
800
0,8
0,8
0,8
0,61
1000
0,82
0,82
0,82
0,6
1250
0,83
0,83
0,83
0,47
1600
0,85
0,84
0,84
0,44
2000
0,87
0,86
0,85
0,31
2500
0,9
0,89
0,87
0,23
3150
0,93
0,92
0,89
0,16
4000
0,94
0,93
0,88
0,11
5000
0,94
0,91
0,83
0,08
Tabla 5.13. Frecuencias y coeficientes de absorción. Modelo 3, para diferentes diámetros
de los agujeros
Figura 5.12. Frecuencias vs coeficientes de absorción modelo 3, para diferentes
diámetros de los agujeros
71
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Análisis:

En la figura 5.12, se ve que con diámetros de 3mm, 5mm y 10mm, los
espectros de frecuencias se mantienen prácticamente igual en todos los rangos
de frecuencia.

En el caso en que el diámetro es igual 3mm*, con una porosidad de 5.67% se
observa que la curva tiende a descender en el rango de las medias y altas
frecuencias, es decir el espectro tiende a ser selectivo.

Para la siguiente optimización se usará un valor de diámetro de 3mm.
5.3.3.4. Influencia del espesor del panel perforado
ep= 1mm
Ø=3mm
c.a.= 800mm
ea=50 mm
ep= 1.5mm
Ø=3mm
c.a.= 800mm
ea=50 mm
72
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
ep= 10mm
Ø=3mm
c.a.= 800mm
ea=50 mm
ep= 30mm
Ø=3mm
c.a.= 800mm
ea=50 mm
Coeficiente Absorción
FRECUENCIAS
MODELO 3
(Hz)
ep=1mm
ep=1,5mm
ep=10mm
ep=30mm
50
0,01
0,01
0,02
0,01
0,02
0,01
63
0,02
0,02
80
0,03
0,03
0,03
0,03
100
0,06
0,06
0,06
0,06
125
0,12
0,12
0,11
0,11
160
0,2
0,19
0,19
0,18
200
0,3
0,3
0,3
0,3
250
0,42
0,42
0,44
0,47
315
0,53
0,53
0,52
0,48
400
0,63
0,63
0,63
0,62
500
0,72
0,72
0,72
0,7
630
0,77
0,77
0,78
0,77
800
0,8
0,8
0,79
0,72
1000
0,82
0,82
0,74
1250
0,83
0,82
0,83
0,81
0,67
1600
0,85
0,85
0,82
0,69
2000
0,87
0,86
0,81
0,61
2500
0,9
0,89
0,81
0,62
3150
0,93
0,93
0,79
0,63
4000
0,94
0,94
0,76
0,73
5000
0,94
0,93
0,7
0,91
Tabla 5.14. Frecuencias y coeficientes de absorción. Modelo 3, para diferentes espesores
del panel perforado
73
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Figura 5.13. Frecuencias vs coeficientes de absorción. Modelo 3, para diferentes
espesores del panel perforado
Análisis:

En la figura 5.13, se puede notar que cuando ep=1mm y ep=1.5mm, la
absorción es básicamente la misma, los dos espectros tienen una buena
absorción a altas frecuencias.

Cuando ep=10mm y ep=30mm el espectro de frecuencias baja su absorción en
el rango de las frecuencias altas.
5.4. ANÁLISIS DE LOS MODELOS OPTIMIZADOS
Una vez realizadas las mejoras de los modelos, se ha tomado como referencia las
optimización final de cada uno de ellos, considerando las condiciones finales de los
modelos optimados que se detallan en la tabla 5.15.
74
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
FRECUENCIAS
COEFICIENTE DE ABSORCION
MOELOS OPTIMIZADOS
(Hz)
50
1
0,36
2
3
0,41
0,01
63
0,62
0,67
0,02
80
0,83
0,86
0,03
100
0,93
0,93
0,06
125
0,93
0,91
0,12
160
0,87
0,82
0,2
200
0,71
0,63
0,3
250
0,29
0,33
0,42
315
0,41
0,78
0,53
400
0,97
0,96
0,63
500
0,59
0,67
0,72
630
0,67
0,91
0,77
800
0,56
0,79
0,8
1000
0,78
0,87
0,82
1250
0,66
0,87
0,83
1600
0,67
0,88
0,85
2000
0,73
0,88
0,87
2500
0,72
0,89
0,9
3150
0,77
0,91
0,93
4000
0,75
0,93
0,94
5000
0,82
ep=1mm
0,95
ep=1mm
0,94
ep=1mm
ea=10mm
ea=10+40mm ea=50mm
Condiciones
finales
c,a.= 600mm c,a.= 600mm
c,a.=800mm
Ø= 3mm
Ø= 3mm
Ø= 3mm
Tabla 5.15. Frecuencias, coeficientes de absorción y condiciones finales de los modelos
optimizados.
Figura 5.14. Frecuencias vs coeficientes de absorción de los modelos optimizados.
75
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Análisis:

De acuerdo a la figura 5.14 se puede comentar que en el rango de las bajas
frecuencias (Frecuencia de interés), los modelos optimizados 1 y 2, tienen muy
buen comportamiento de absorción a bajas frecuencias, sin embargo en el
rango de las medias y altas frecuencias el modelo 2 en general supera la
absorción acústica del modelo 1, al adherir 40mm adicionales de material
absorbente a la pared rígida.

El modelo optimizado 3, presenta pésima absorción a bajas frecuencias; buena
absorción a frecuencias medias y muy buena absorción a frecuencias altas.
76
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
CAPÍTULO 6
CONCLUSIONES
A lo largo de este proyecto, el comportamiento absorbente de los paneles multicapa
con chapa perforada planteados para el estudio ha sido demostrado mediante la
simulación de los modelos propuestos.
Así, se formuló tres modelos los cuales han sido calculados y optimizados mediante un
software de simulación para la obtención del coeficiente de la absorción acústica. Por
otra parte cabe mencionar que los criterios de simulación así como también las
conclusiones a las que se ha llegado tienen su fundamento en artículos científicos
cuyas referencias están debidamente plasmadas en el presente proyecto.
Dicho esto, a continuación se exponen las conclusiones a las que se han llegado
después de realizar el respectivo análisis y optimizaciones de cada modelo.
En primera instancia se cita las conclusiones particulares de cada modelo.
Con respecto al modelo 1 se concluye:

Al duplicar el espesor del material absorbente, la absorción en todo el rango
frecuencias se incrementa en aproximadamente un 20%. Pero cuando esta
experimenta un aumento superior de material absorbente (50mm), el espectro
de frecuencia tiende a reducir su absorción a bajas frecuencia y aumentar la
absorción en el rango de las frecuencias altas.

A medida que se incrementa el espesor de la cámara de aire el espectro de
absorción se desplaza hacia las bajas frecuencias sin embargo los picos del
coeficiente de absorción van decreciendo en un 10% a medida de que se
duplica el espesor de dicha cámara.
Del modelo 2 se puede concluir:

Cuando se incrementa el espesor del material absorbente que está adherido a
la pared rígida se produce un aumento de absorción especialmente en el rango
de las frecuencias medias y altas. Ante esto al incrementar el espesor del
material absorbente adherido a la pared rígida al doble, la absorción en el
77
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
rango de las medias y altas frecuencias se incrementa en aproximadamente un
10%.

Al incrementar el espesor de la cámara de aire el espectro de absorción se
desplaza hacia las bajas frecuencias sin embargo en este modelo los picos del
coeficiente de absorción van decreciendo en aproximadamente un 10% a
medida de que se duplica el espesor de dicha cámara.
Con respecto al modelo 3 se ha llegado a la conclusión que:

Este modelo a pesar de su optimización, mantiene el comportamiento típico de
los materiales absorbentes, en donde la absorción a bajas y medias
frecuencias es deficiente en relación a la absorción a altas frecuencias, donde
es muy bueno. Esto debido a que como se enuncia en el capítulo 3, del
presente proyecto, la chapa al tener un porcentaje de área abierta mayor al
20% , se torna acústicamente transparente.

A medida de que se aumenta el espesor del material absorbente, el coeficiente
de absorción se incrementa en el rango de las medias y bajas frecuencias.

En este modelo el espesor de la cámara de aire no ejerce influencia alguna en
el coeficiente de absorción a lo largo de todo el rango de frecuencias, debido a
que la chapa tiene un porcentaje de área abierta mayor al 20%, por lo que ésta
resultaría transparente acústicamente, y al ser así, teóricamente no existe una
chapa que origine una cámara de aire ya que esta se torna inexistente.
Seguidamente, se presentan ahora las conclusiones comunes de los tres
modelos.

Si el porcentaje de área abierta de un panel perforado es mayor a
aproximadamente un 20%, se dice que la chapa perforada es acústicamente
transparente, y en esta circunstancia el material absorbente rige el
comportamiento del modelo, al contrario con porcentajes de absorción menores
al 20%, la chapa perforada actúa como el absorbedor primario y deja de ser
transparente acústicamente por lo que el comportamiento que adquiere es
como el de un resonador de Helmholtz, es decir se van formando picos de
atenuación del sonido que hace que espectro de frecuencias se vuelva
selectivo.
78
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior

No se encontró influencia del espesor de la placa perforada en espesores
pequeños( 1mm y 1.5mm), al parecer esto se atribuye a que la chapa
perforada es transparente acústicamente ya que el área de perforación es
superior al 20%.
Ahora bien, con respecto a los modelos optimizados se concluye:

Después de optimizar el modelo 1, se ha logrado un incremento considerable
en el rango de las frecuencias de interés de este estudio. Así, en la frecuencia
de 100 Hz( frecuencia que presenta mayor absorción en el rango de las
frecuencias bajas), la absorción se ha acrecentado en un 43%, con respecto al
modelo inicial planteado. Esto ha sido posible mediante la disminución del
espesor del material absorbente y de la cámara de aire.(ver anexo)

Una vez optimizado el modelo 2, se ha conseguido un incremento en el rango
de las frecuencias de interés de este estudio. Así, en la frecuencia de 100 Hz(
frecuencia que presenta mayor absorción en el rango de las frecuencias bajas),
la absorción se ha acrecentado en un 10%, con respecto al modelo inicial 2
planteado. Este resultado ha sido posible mediante la disminución del espesor
de la cámara de aire. (ver anexo)

Con el proceso de optimización del modelo 3, no se ha logrado ningún cambio
con respecto al modelo inicial, por lo que es este caso el incremento del
coeficiente de absorción después de la optimización es cero.
En base a lo anteriormente dicho ahora se puede concluir además:

Si se desea absorber sonidos de bajas frecuencias como es el caso del
presente proyecto, se puede optar por la utilización del modelo optimizado 1 o
2. En caso de seleccionar el modelo optimizado 1, se daría un ahorro
considerable en precio y peso del material absorbente de aproximadamente 5
veces con relación al modelo optimizado 2.

Si lo que se desea es mantener un buen comportamiento en todo el rango de
frecuencias, lo mejor es optar por el modelo optimizado 2.

Si el requerimiento es absorber únicamente las frecuencias medias y altas, el
modelo optimizado 3 debe ser elegido.
79
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Dicho esto, para el presente estudio se propone el uso del modelo optimizado 1,
puesto que presenta un buen comportamiento de absorción en el rango de las
frecuencias bajas (ruido externo)
y a la vez con la disminución del espesor del
material absorbente se logra la disminución del costo económico y el peso en la
fachada.
Finalmente, ante esto se puede decir que el presente estudio además de determinar
un modelo que sea capaz de absorber los ruidos de fuentes externas(ruido del tráfico,
aviones y trenes), como es el interés de este proyecto, ha permitido definir aquellos
modelos que tienen una buena absorción en otros rangos de frecuencias(medias y
altas), por lo que cabe pensar que dependiendo del ruido que se desea minimizar se
podrá optar por uno u otro modelo.
Así, se tiene la posibilidad de disminuir
el ruido de alta frecuencia que se crea
principalmente por el uso de los equipos electrónicos modernos tales como teléfonos
móviles, radio y televisión, el sonido del timbre de una casa, e incluso el grito de un
niño.
De la misma manera sonidos de frecuencia media como el de la lluvia o el movimiento
del agua en una playa cuando chocan las olas.
80
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
CAPÍTULO 7
LÍNEAS FUTURAS DE INVESTIGACIÓN
Como consecuencia de este proyecto fin de máster han quedado abiertas una serie de
líneas de investigación entre las que se puede mencionar.

La utilización de paneles micro - perforados (MPP) en fachadas para aumentar
la absorción acústica a bajas frecuencias sin el empleo de materiales porosos.
[27]

Aplicabilidad de los doble paneles micro- perforados, como una solución de
mejora del comportamiento de un solo (MPP) al ampliar su ancho de banda de
absorción en frecuencias bajas, y su aprovechamiento en la construcción. [33]

Realizar el presente estudio considerando novedosos materiales compuestos
absorbentes como es el caso de la referencia [34], en donde se presenta un
material compuesto con partículas de caucho recicladas, el cual permite
ampliar el espectro de absorción del sonido, conservando un pequeño espesor
y un bajo costo.

Comprobar experimentalmente los resultados obtenidos en este proyecto de
modo que sean comparados , discutidos y validados.

La unificación de los parámetros de diseño de paneles de chapa perforada
para conseguir el mejor comportamiento térmico y acústico de la edificación.
Esto debido a que existen estudios previos que tratan sobre el
ahorro
energético que supone la instalación de este tipo de fachada.

Realizar el presente estudio con chapas de aluminio de 5mm de espesor cuyas
perforaciones sean cónicas con diámetros comprendidos entre 1mm y 10mm,
para determinar su aporte en la absorción del sistema y las diferencias de
comportamiento con relación a las perforaciones circulares tradicionales.
81
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
CAPÍTULO 8
REFERENCIAS
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[21]
Catálogo
General
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Agosto
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[Online],
disponible
en:
http://rmig.com/files/RMIG/PDF/ES/RM_Pattern_ES_204print.pdf
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AFMG SoundFlow user´s guide, AFMG (AhnertFeistel Media Group).
[23]
Taller sobre Acústica en la edificación. Agosto 2013, [Online], disponible en
http://www.arquitectosdecadiz.com/uploads/%C3%81reas_Construcci%C3%B3n/13.%
20Introducci%C3%B3n%20al%20acondicionamiento%20ac%C3%BAstico%20de%20s
alas.%20Casos%20pr%C3%A1cticos.%20Te%C3%B3filo%20Zamarre%C3%B1o.pdf
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locales: La actuación contra el ruido y la mejora del ambiente sonoro de nuestros
municipios. Diputación Foral de Bizkaia. Enero del 2010.
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Master of Engineering Thesis. New Zealand, July 2005.
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perforated panel absorber with ultra-micro perforations , Elsevier Ltd. January 2013
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with recycled rubber particles, College of Polymer Science and Engineering, Sichuan
University, China, April 2007
84
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
ANEXOS
FRECUENCIAS
MODELOS INICIALES
MODELOS FINALES
Coeficiente Absorción
Coeficiente Absorción
(Hz)
50
MODELO 1
MODELO 2
MODELO 3
MODELO 1
MODELO 2
MODELO 3
0,77
0,56
0,01
0,36
0,41
0,01
63
0,66
0,77
0,02
0,62
0,67
0,02
80
0,58
0,86
0,03
0,83
0,86
0,03
100
0,53
0,85
0,06
0,93
0,93
0,06
125
0,49
0,75
0,12
0,93
0,91
0,12
160
0,42
0,52
0,2
0,87
0,82
0,2
200
0,27
0,26
0,3
0,71
0,63
0,3
250
0,64
0,86
0,42
0,29
0,33
0,42
315
0,55
0,91
0,53
0,41
0,78
0,53
400
0,48
0,59
0,63
0,97
0,96
0,63
500
0,63
0,93
0,72
0,59
0,67
0,72
630
0,64
0,78
0,77
0,67
0,91
0,77
800
0,7
0,83
0,8
0,56
0,79
0,8
1000
0,76
0,87
0,82
0,78
0,87
0,82
1250
0,82
0,88
0,83
0,66
0,87
0,83
1600
0,87
0,86
0,85
0,67
0,88
0,85
2000
0,9
0,88
0,87
0,73
0,88
0,87
2500
0,93
0,88
0,9
0,72
0,89
0,9
3150
0,95
0,91
0,93
0,77
0,91
0,93
4000
0,97
0,93
0,94
0,75
0,93
0,94
5000
0,98
ep=1mm
0,95
ep=1mm
0,94
ep=1mm
0,82
ep=1mm
0,95
ep=1mm
0,94
ep=1mm
ea=50mm
ea=10+40mm ea=50mm
ea=10mm
ea=10+40mm ea=50mm
c,a.= 800mm c,a.= 800mm
c,a.=800mm
c,a.= 600mm
c,a.= 600mm c,a.=800mm
Ø= 3mm
Ø= 3mm
Ø= 3mm
Ø= 3mm
Ø= 3mm
Ø= 3mm
Tabla A1. Frecuencias y coeficientes de absorción de los modelos iníciales y
optimizados.
Figura A1. Frecuencias vs coeficientes de absorción del modelo inicial y optimizado 1.
85
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
Figura A2. Frecuencias vs coeficientes de absorción del modelo inicial y optimizado 2
Figura A3. Frecuencias vs coeficientes de absorción del modelo inicial y optimizado 3
86
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
MODELO 1
a)
b)
Figura a) Modelo Inicial b) Modelo optimizado.
AFMG SoundFlow
87
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
MODELO 2
c)
d)
Figura c) Modelo Inicial d) Modelo optimizado
AFMG SoundFlow
88
Análisis del comportamiento acústico de paneles multicapa con chapa perforada, como elemento de
fachada, frente al ruido exterior
MODELO 3
e)
f)
Figura e) Modelo Inicial f) Modelo optimizado
AFMG SoundFlow
89