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Aislación térmica y acústica en edificios parte 1 - Monografía



 
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Industriales. Flujo de calor. Nivel de intensidad. Transmisión de sonido. Reverberación. Aislantes. Paneles. Películas: control solar y acústico



Flujo del calor y aislamiento térmico.



La transmisión del calor dentro y fuera de un edificio o sus partes puede disminuirse sustancialmente mediante materiales que resistan el flujo de calor o mediante un tipo de construcción que logre ese propósito. Algunos materiales estructurales, como la madera y el concreto ligero, tienen también buenas propiedades de aislamiento. Pero, en general, algunos materiales no estructurales ofrecen mayor resistencia al flujo del calor para un espesor dado, y por tanto, pueden ser más económicos para muchas aplicaciones.

La mayor parte de los materiales aislantes emplean aire elástico como aislante. Algunos, como el corcho, el vidrio celular y las espumas plásticas, encierran pequeñas partículas de aire en celdas. Los materiales granulados, como la piedra poma, la vermiculita y la perlita, atrapan el aire en recintos relativamente grandes. En los materiales fibrosos, delgadas películas de aire se adhieren en forma persistente a todas las superficies y sirven como barrera al calor. En la construcción de muros con piezas huecas, se forma un espacio de aire muerto entre los medios muros.
El aislamiento reflector supone un principio diferente. Se combina una película metálica con un espacio de aire para reducir el flujo de calor. El metal brillante refleja calor, lo conduce rápidamente lejos de su fuente y lo irradia con lentitud. Un espacio de aire de ¾ a 2 pulgadas por lo menos, en un lado de la película, actúa como barrera a la transmisión del calor por conducción. Entonces, si el calor es irradiado a una película brillante de aluminio, el 95% será reflejado. Si se recibe calor por conducción, solamente perderá el 5% por radiación de la cara opuesta. Para evitar problemas de condensación, por lo menos se usan dos superficies reflectoras separadas por un espacio de aire sin circular. No debe colocarse una película del lado frío de una construcción, a menos que se proporcione una mejor barrera al vapor cerca del lado caliente.
El calor se transmite por conducción, convección y radiación. Todos los materiales conducen el calor; pero algunos, como los metales, son conductores excelentes, mientras que otros, como el corcho, son malos conductores. Existe convección cuando el calor se transmite por un flujo de aire; el calor se transmite por conducción de una superficie tibia al aire más frío con el que está en contacto, y el aire tibio a una superficie más fría. Debido a que el aire caliente tiende a elevarse y el aire frío a bajar, el flujo de aire puede llevar calor de una área caliente a otra fría. El calor transmitido por convección o conducción es proporcional al diferencial de temperatura. En contraste, la radiación es el flujo de calor entre una superficie tibia y una fría sin ningún tipo de contacto material.

El calor generalmente se mide en unidades térmicas británicas (Btu). En la práctica, una Btu es la cantidad de calor requerido para elevar la temperatura de 1 libra de agua en 1ºF. El flujo de calor se mide en términos de conductividad térmica, K. Esta se define como el número de Btu que fluyen en una hora a través de 1 pie2 de material de 1 pulgada de espesor, debido a un diferencial de temperatura de 1ºF. De la misma manera, la conductancia térmica C se define como el flujo de calor a través de un espesor dado de 1 pie2 de material con un diferencial de temperatura de 1ºF. Las unidades básicas no incluyen los valores aislantes de las películas de aire en la superficie del material, sino únicamente el flujo de superficie a superficie. La resistencia R es el recíproco de la conductancia.

En vista de que los componentes para la construcción están hechos de diversos materiales, incluyendo los espacios de aire y las películas superficiales, la conductancia total U de una construcción es necesaria para los cálculos de transmisión de calor. Este factor se define como el número de Btu que fluirán en una hora a través de 1 pie2 de la estructura, aire a aire, con una diferencia de temperatura de 1ºF. Se han determinado experimentalmente los valores de k, C y U o R para muchos materiales y tipos de construcción.

La conductancia térmica de una película de aire al exterior con un viento de 15 mph es de 6 Btu por hora; de una película de aire interior (aire en reposo), 1.65 Btu por hora y un espacio de ¾ de pulgada más de espesor, 1.10 Btu/h.
Cuando la conductancia total de una construcción no se encuentra en una tabla, puede calcularse por los valores tabulados de ésta para cada componente y película de aire. Por ejemplo, considérese una pared compuesta de 4 pulgadas de ladrillo (K=9.2) y ½ pulgada de tablero de pared (C=1.00), separados por un espacio de aire (C=1.10).


Los cálculos se muestran en la siguiente tabla:


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Conductancia total U = 1/3.116 = 0.32

Ahora supongamos que se incorpora 1 pulgada de aislante (K = 0.25) a esta pared. La conductancia la calculamos de la siguiente tabla:
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Conductancia total U = 1/7.116 = 0.14

Acústica.



Aplicada a edificios, la acústica es la creación de condiciones necesarias para escuchar cómodamente y de los medios para controlar los ruidos. La acústica es arte y ciencia, porque el concepto de lo que es comodidad y lo que es ruido depende de la forma y la función del local que se está proyectando. Un sonido que para una persona no es demasiado fuerte, para otra puede ser molesto; lo que es confortable en una fábrica puede ser indeseable en una escuela; la música que disfruta un aficionado puede considerarse como ruido para un vecino que está tratando de dormir. El ruido es un sonido indeseable.
Los sonidos se caracterizan por el tono o frecuencia, intensidad o fuerza, y distribución espectral de energía o calidad. Una persona promedio puede escuchar de 20 a 20000 cps (ciclos o vibraciones por segundo). Los sonidos de alta frecuencia o de tono alto molestan más a la mayoría de las personas que los sonidos de tono bajo de la misma intensidad. Sin embargo, los sonidos de tono alto se atenúan más rápidamente en el aire que los de tono bajo.
La intensidad es una evaluación subjetiva de la presión del sonido o su nivel. Debido a que la respuesta humana a la fuerza del sonido varía con la frecuencia, cualquier medida de fuerza debe, de alguna manera, incluir la frecuencia así como la presión o la intensidad para que pueda ser importante en la acústica de las construcciones. Además, los cambios en la respuesta humana a la fuerza dependen de la relación de las intensidades del sonido. En la acústica, la relación 10:1 se llama bel. En la práctica, la unidad que se utiliza con mayor frecuencia es el decibel (dB), que es igual a 0.1 bel.

El nivel de intensidad IL, en dB, usado como medida de fuerza, se define mediante:

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Esta ecuación indica que el nivel cero corresponde a I = I0, la intensidad de referencia, la cual a su vez corresponde al umbral auditivo promedio del hombre de alrededor de 1000 Hz (hertz o ciclos por segundo).
El nivel de la presión del sonido SPL, dB, tomando en cuenta que la intensidad varía con al cuadrado de la presión, puede definirse mediante:

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Un cambio en el nivel de sonido de menos de 3 dB probablemente no sea perceptible; un cambio de 5 dB será notable. Un aumento de 10 dB parecer ser 2 veces mayor que un aumento que un aumento de 5 dB, y un aumento de 20 dB mucho mayor que un aumento de 10 dB, pero no exactamente proporcional.

Los niveles de sonido en general se miden con instrumentos electrónicos que responden a la presión de sonido. La lectura sobre la escala A de dicho instrumento se utiliza porque esta escala se ajusta a las frecuencias que corresponden de alguna manera con la respuesta del oído humano. En dichos casos, la unidad se indica por dBA.
En la siguiente tabla se muestra una comparación de la intensidad SLP y los sonidos comunes:
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*SPL se mide en la escala A de un medidor estándar de nivel de sonido.
La proyección y análisis de la acústica tienen por objeto controlar el sonido y la vibración. El control del sonido se logra mediante barreras o confinamientos, utilización de materiales acústicamente absorbentes y otros fabricados y armados en forma adecuada. El control de la vibración se logra mediante la construcción que absorbe energía, en general con materiales elásticos, o por amortiguamiento con materiales viscoelásticos.
La eficacia de una barrera para detener el sonido se mide mediante la pérdida de transmisión de sonido (pts), o sea, la pérdida de nivel de energía conforme pasa el sonido a través de una barrera. Cuanto mayor sea la masa de la barrera, mayor la pérdida de transmisión de sonido, y, por tanto, es más eficaz la barrera. Sin embargo, la relación entre la masa y pérdida de transmisión no es lineal. En bajas frecuencias las pérdidas tienden a ser más grandes; en otras frecuencias, menores que las que indicaría una relación lineal.

En la siguiente tabla se enumeran el comportamiento de varios materiales de construcción en la perdida de transmisión de sonido.
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Una barrera con una gran pérdida de transmisión de sonido puede perder su efecto, si el sonido puede pasar alrededor de la barrera a través de aberturas o mediante transmisión a través de la construcción adjunta. Los conductos, tuberías y casi cualquier componente rígido continuo de un edificio pueden llevar el sonido alrededor de una barrera. Por tanto, hay que tomar precauciones para evitar esto. El empleo de una alfombra sobre una bajoalfombra elástica, por ejemplo, es muy eficaz para absorber algunos sonidos, como pisadas, taconazos, y el ruido de objetos ligeros que caen. Las aberturas se tapan. La vibración de máquinas y otros equipos puede absorberse apoyándolos sobre resortes, cojines elastométricos u otras monturas elásticas.
La vibración de las barreras que resulta del impacto del sonido o la transmisión de las vibraciones de las máquinas, puede atenuarse mediante el ensamble adecuado de muchas maneras. Una forma es fijarlas a un material de barrera que tenga una fricción interna alta o mala conexión entre las partículas, o con los materiales viscoelásticos, como los compuestos asfálticos que no son completamente elásticos ni completamente viscosos. Además, los componentes de una barrera pueden conectarse mediante un adhesivo viscoelástico.

Absorción del sonido.



La reflexión del sonido de una superficie puede reducirse recubriendo ésta con un absorbente acústico, generalmente tableros porosos y ligeros, que convierten la energía mecánica del sonido en calor. Las superficies expuestas pueden ser lisas o texturizadas, fisuradas o perforadas o decoradas de muchas maneras. La selección de un absorbente se basa en su eficacia de absorción, apariencia, resistencia al fuego, resistencia a la humedad, resistencia al esfuerzo y necesidades de mantenimiento. Sin embargo, un absorbente puede tener poca resistencia a la transmisión del sonido y no debe emplearse para tratar de mejorar el aislamiento del sonido de una barrera de aire.
Los coeficientes de absorción de sonido se utilizan como una indicación de la eficacia absorbente de materiales de construcción. El coeficiente de absorción de sonido de un producto es la relación de la energía que puede absorber de una onda de sonido al total de energía que llega. A un absorbente perfecto se le asignaría un coeficiente de 1. Sin embargo, la absorción de sonido depende de la frecuencia de éste. Por tanto, los coeficientes para un producto generalmente se dan para frecuencias específicas, o algunas veces para un grupo de frecuencia.

Coeficientes de reducción de ruido y absorción de sonido.


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Los absorbentes en general no se utilizan únicamente para reducir la reflexión indeseable del sonido, como los ecos y la trepidación, sino también para asegurar las reverberaciones deseables. Los ecos son reflexiones bien definidas. La trepidación se produce mediante ecos parcialmente reconocibles, repetitivos y rápidos, como los que ocurren entre las paredes paralelas de un corredor. La reverberación resulta de ecos aislados, repetitivos, muy rápidos que producen un sonido mal definido y continuo, el cual persiste después que ha cesado el sonido que producen ecos.
La reverberación en un local puede mezclar la voz o distorsionar la música. Pero, debidamente controlada, ésta puede mejorar el sonido de la música. Se logra una buena reverberación dando las proporciones adecuadas a los locales, controlando los ecos y la absorción del ruido. Por regla general, los absorbentes acústicos en la superficie de los locales son deseables para absorber la potencia acústica y evitar el acumulamiento de sonidos indeseables.
La reducción del ruido NR, dB, se logra mediante la adición de absorbentes y puede calcularse así:
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Es el tiempo, en segundos, que tarda un impulso de sonido dentro de un local para atenuarse 60 dB, hasta una millonésima de su nivel original. El tiempo de reverberación T puede calcularse de la fórmula de Sabine:

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Tiempo de reverberación.


Los tiempos de reverberación que caen dentro del área sombreada del siguiente gráfico pueden considerarse satisfactorios en condiciones ordinarias. En lugares críticos, como salas de concierto, estudios de radio y auditorios, debe tenerse la asesoría de un consultor en acústica.    El tiempo recomendado de reverberación, que indica el área sombreada, varía con el tamaño del local.


Sistemas de clasificación.



La American Society for Testing and Materials (ASTM) ha adoptado sistemas de clasificación para evaluar el comportamiento acústico de ciertos materiales, algunos ejemplos son:

La clase de transmisión de sonido es el STC para indicar el aislamiento contra el sonido conducido por el aire de divisiones, conjuntos de pisos y techos y de otras barreras (ASTM E90 y E413). En la siguiente tabla se enumeran algunas clasificaciones típicas:
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Las clases para aislamiento al impacto IIC indica el aislamiento al impacto de conjunto de piso techo (ASTM RM-14-4). A continuación se da una clasificación de diferentes pisos al aislamiento al impacto.
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La clasificación de ruidos por impacto INR es una medida alterna del aislamiento al impacto de conjuntos de piso-techo. Las medidas IIC pueden convertirse en INR mediante la reducción de 51 puntos.
Los coeficientes de absorción de sonido indican la eficacia de los absorbentes acústicos (ASTM C423), al igual que los coeficientes de reducción de ruido.

Criterio acústico.



En la siguiente tabla se muestran algunos criterios acústicos que pueden usarse como guías para el diseño de diferentes clases de habitaciones.


Niveles de fondos aceptables.


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Aislamiento requerido entre locales para sonido.


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Aislamiento requerido entre locales para impacto.



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AISLANTES PARA VENTANAS



Dentro de la gran gama de aislantes acústicos como térmicos se encuentran los aislantes de las ventanas, estos son de vital importancia en cualquier tipo de construcción  ya que serán los lugares donde ocurrirán las mayores perdidas de calor e ingresaran la mayor parte de los ruidos externos. Como medida de control de estas perdidas de calor o ingresos de ruidos utilizaremos los distintos métodos para realizar aislaciones en las ventanas. La elección de alguno de estos métodos estará dado principalmente por el costo de cada uno de ellos así como en menor medida de las necesidades de la obra, especificaciones técnicas o utilidades decorativas.

Los costos serán principalmente asociados a que el valor comercial de estos aislantes supera por mucho el valor de las ventanas convencionales, por lo tanto el uso de estas deberá ser estudiado y analizado para establecer su utilidad real. Aunque el costo inicial de estos aislante será mayor en un principio, luego se podrá ver que ellos producirán un ahorro significativo en los valores de calefacción y aire acondicionado ya que las perdidas térmicas serán menores que con un vidrio convencional.

Una de las características que no hemos mencionado en esta parte es la capacidad de estos aislantes, de absorber los rayos ultravioletas provenientes del sol que son tan dañinos para los muebles, alfombras y por supuesto para el individuo mas importante, el ser humano que se encuentra en el interior de la construcción.

Algunos de estos aislantes además de todas las cualidades ya nombradas tendrán la capacidad de aumentar la seguridad en algunos casos como incendios, vientos fuertes, objetos que choquen contra las ventanas, o intentos de ingreso por parte de personas ajenas.
Dentro de los aislantes de ventanas encontramos:

1.-  Vidrios Dobles o Paneles.
2.- Películas de Control Solar.
3.- Películas de Aislación Térmica.

1.- VIDRIOS DOBLES O PANELES.


Esta formado por dos placas de vidrio o cristal selladas herméticamente un marco distanciador de aluminio, de modo que forman una cámara de aire deshidratado con sales especiales contenidas en el interior del separador. Adicionalmente se le puede agregar gas Argón entre las capas para aumentar su capacidad de aislante.  Estas características serán las que le darán al panel las propiedades de aislante térmico y acústico, sin peligro de empañamiento.

Características



1.- El nivel de intensidad de ruido es reducido de 30 a 40 dB (decibeles), según sea el tipo de vidrio, espesor o gas inyectado.
2.- Dificulta los intercambios térmicos entre los ambientes que delimita. Debido a la resistencia térmica del aire seco y en reposo encerrado en la cámara. Esto proporciona tanto en invierno como en verano ahorros interesantes en el consumo de energía pudiendo mejorar la aislación hasta en un 60%.
3.- El panel es prácticamente impermeable a las radiaciones ultravioleta, del total de la energía solar que incide en un termopanel, parte atraviesa el vidrio, otra se rechaza por  refracción y el resto es absorbida por la masa del vidrio para ser irradiadas. No obstante esta cualidad reflectante del termopanel se puede complementar con el sistema optativo de micropersianas.
4.- Es casi imposible que en el interior de un termopanel se produzcan condensaciones, dado el poder aislante que posee, la temperatura de la cara orientada hacia el interior de la habitación es mucho mas elevada que en el caso de un solo vidrio, por lo tanto las condensaciones sobre esta cara no pueden darse sino con temperaturas exteriores sumamente bajas  por lo que el cristal siempre conserva toda su transparencia.
5.- Los paneles no requieren de limpieza ni mantención por estar montados en un elemento herméticamente sellado y totalmente seco. Además la utilización de micropersianas permitirá el control de la cantidad de luz solar  que ingresa reduciendo la fatiga visual.
6.- Una de las características importantes no antes mencionada es que permite debido a su resistencia, aumentar la superficie acristalada en una determinada obra lo que nos ha permitido observar con admiración que las nuevas obras están casi en su totalidad formada por cristales.

Usos



Las extraordinarias cualidades de aislación térmica y acústica lo convierten en los mas usados en:
- Edificios de departamentos, oficinas y casas
- Bancos y centros comerciales
- Estudios de radio y televisión
- Salas de clases y auditorios
- Aeropuertos
- Discotecas, etc.


2.- PELICULAS DE CONTROL SOLAR



Este producto consiste en una película transparente de poliester, construida hasta con siete capas diferentes, diseñada para ser adherida al vidrio, por lo que cuenta con un adhesivo de alta resistencia a condiciones adversas. Existen muchas tonalidades entre las que se encuentran: Bronce, plata, humo, blanca o transparente según el rendimiento deseado
La película de control solar consiste en dejar fuera el calor producido por el sol y reducir así el costo de refrigeración en forma significativa. Cabe señalar que la película solar es de inferior costo que el termo panel y de fácil aplicación en obras ya terminadas.

Características



1.- Reduce el paso del calor solar hasta en un 78% manteniendo la visibilidad.
2.- Corrige las ambivalencias de temperaturas producidas por áreas expuestas al sol versus las que no lo están.
3.- Permite reducir significativamente el costo en aire acondicionado.
4.- Detiene los rayos ultravioleta hasta en un 99%, protegiendo así los objetos y mobiliario, ya que ellos son los causantes en gran medida de su descolorimiento y envejecimiento.
5.- Mejora la presentación de la propiedad, unificando las distintas apariencias de las ventanas, además de mejorar la seguridad de los vidrios ante el peligro de ser astillado debido a que las astillas quedan unidas por la película eliminando el peligro de impactos.
6.- Aumenta considerablemente la privacidad.

Usos



1.- Puertas y ventanas de vidrio.
2.- Tragaluces
3.- Vitrinas
4.- Bancos e instituciones
5.- Vidrios con riesgo que se quiebren provocando cualquier accidente personal.





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