Tlamati Sabiduría, Volumen 7 Número Especial 2 (2016)

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4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación

Acapulco, Guerrero 22, 23 y 24 de septiembre 2016 Memorias

PRINCIPIOS DE ACÚSTICA GEOMÉTRICA APLICADA

AL DISEÑO POR ENERGÍAS EN ESPACIOS ARQUITECTÓNICOS

Gonzalez Coctecon Heriberto (Becario Programa Verano UAGro)

Unidad Académica de Arquitectura y Urbanismo de la UAGro

Programa Verano UAGro

heri.glez.c@gmail.com

Área VII; Ingeniería

Dr. Ricardo Aguayo González (Asesor)

Académico Investigador Asociado, Tiempo Completo

Escuela de Diseño Ingeniería y Arquitectura, Departamento de Arquitectura

Tecnológico de Monterrey, Campus Ciudad de México

raguayo@itesm.mx

Resumen

El estudio del sonido es un fenómeno muy extenso, en gran parte domina nuestra vida,

siendo el principal sistema de comunicación y mensaje. Esta ciencia se encuentra poca

desarrollada y estudiada, y a pesar de la importancia que tiene, aun hoy en nuestro país no se

toma en cuenta para el diseño de espacios arquitectónicos como; teatros, salas de conciertos,

auditorios, cines, salas de conferencias, y no se imparten las preparaciones básicas de acústica

para los arquitectos.

El objetivo prioritario del verano de investigación se basó en aprender conceptos básicos

de diseño acústico, y a partir de ellos, quien se enfrente a un problema acústico, sepa manejar los

términos, tomar decisiones adecuadas, asesorar o valorar las opiniones de otros profesionales.

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En general se usó el método “Cualitativo”, el investigador nos trasmitió nociones

generales, para poder comprender los aspectos básicos de la acústica. Tomando en cuenta el

aislamiento y el acondicionamiento acústico. Hasta esta parte todo fue teórico, realizando una

investigación bibliográfica y de archivo, para completar apuntes de estas clases.

Teniendo la oportunidad de poder realizar un método practico, con el diseño de un

instrumento de enseñanza de acústica geométrica [Simulador Acústico Geométrico Generador de

Espacios Arquitectónicos [SAGGEA02]], para jóvenes que se vayan iniciando en esta ciencia,

servirá además para comenzar a implementar este sistema en el Tecnológico de monterrey y

quizás a otras universidades.

Al participar de esta investigación, aprendimos el diseño acústico de espacios

arquitectónicos nuevos y mejorar los que ya existan, desde; materiales acústicos, tiempo de

reverberación, diseñar por energías, física y fisiología del sonido, reflectores y absorvedores

acústicos, nitidez y difusión, entre otros.

Palabras Clave: Acústica Geométrica, Diseño Acústico, Confort Térmico y Acústico, Heliodon,

Simulador Acústico.

Introducción

Si bien el sonido reside con una esencia inmaterial, Se percibe, pero no se puede tocar,

aprovecha la materia como medio para trasladarse, pero no es materia, flota en el aire esperando

deleitar a quien espera deleite, y sin embargo molesta cuando no se desea [Ruido]. Trabajar con

la acústica es jugar con elementos que esperan convertirse en materia sin poder hacerlo,

provocando un halo de misterio y vacíos en la definición de su enseñanza.

Los nuevos métodos de aprendizaje en la arquitectura se apoyan cada vez más en la

tecnología, surgiendo Apps y Software especializados que facilitan y aceleran el proceso de

diseño, es en este punto que se origina la acústica geométrica; siendo dé prioridad a los

estudiantes de arquitectura su conocimiento básico para poder incursionar después en

herramientas de software, tales como Autodesk Ecotec Analysis, entre otros.

Aunque a lo largo de la historia han habito estudios en la acústica, lo cierto es que es una

ciencia poco desarrollada y de difícil entendimiento en su práctica. Es por eso que la intención es

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transmitir nociones para comprender esta ciencia aplicada a espacios arquitectónicos,

profundizando un poco en el acondicionamiento y aislamiento acústico.

Este proyecto servirá para conocer los parámetros genéricos del confort acústico, térmico

y lumínico, dividido en tres estudios, el primero; Diseño de reflectores acústicos, el segundo;

tomando como referencia el banco de pruebas para el diseño térmico lumínico y su

caracterización y el tercero el diseño del Simulador de Acústica Geométrica Generador de

Espacios Arquitectónicos[SAGGEA02].

Materiales y Métodos

Ubicada la necesidad de apoyos didácticos en la enseñanza de la Arquitectura, el asesor

dispuso de tres principales ejes de objetivos a desarrollar, lo que nos llevó a llevar diferentes

métodos especificados a continuación.

DISEÑO DE REFLECTORES ACUSTICOS;

01. Rreflexión especular del sonido (el ángulo de incidencia de un rayo sonoro sobre una superficie, será el mismo que el del rayo de salida),

02. Imagen de la fuente sonora (aquella que se encuentra perpendicular al reflector acústico en estudio y a la misma distancia a la que se encuentra la fuente sonora original del mismo).

Ejemplo: Diseño del techo acústico equipotencial de un teatro

1. Contorno de partida. SR=Sonido reflejado SD= Sonido directo 2. Sección A del techo. 3. Sección B del techo. 4. Sección C del techo. 5. Sección D del techo. 6. Sección E del techo.

Figura 1.0.- Diagrama de proyecciones para el diseño de reflectores en acústica

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CARACTERIZACIÓN DE BANCO DE PRUEBAS LUMINOTERMICOS PARA ELEMENTOS

FISICOS ARQUITECTONICOS

Descripción del Banco de pruebas; El prototipo está diseñado con MDF de 3.0 mm de

espesor, la escala y las dimensiones están consideradas adecuadas para manejarlo y trasportarlo

fácilmente por una persona: 16.25 por 10.00 m. En escala 1:25 considerado para la base (65.00

por 40.00 cm) y 3.00 por 4.00 m. Para el claro del vano donde se colocan los diferentes sistemas

luminotérmicos (12.00 por 16.00 cm). Así como los cortes de las piezas que componen el banco

de pruebas y la base para el heliodón requieren de precisión, razón por la cual está cortada

mediante láser. La base fue elaborada de forma manual con herramientas de carpintería. Además,

para poder evaluar los resultados de iluminación cuenta con 6 orificios en la parte inferior del

banco de pruebas a fin de colocar el lente de un luxómetro.

Fig. 1.1 Heliodón 19´00´ Fig. 1.2 Banco de Pruebas y Luxómetro Fig. 1.3 Puntos de Prueba

Fórmulas y ecuaciones;

𝐷𝐹=(𝑀𝑒𝑑 𝐼𝑛𝑡 (100))⁄(𝑀𝑒𝑑 𝐸𝑥𝑡)

DF= Daylight Factor, expresado en %.

Med Int= Medición Interna, expresada en Lux.

Med Ext= Medición Externa, Expresada en Lux.

Proceso; Se realizaron pruebas de iluminación con y sin sistemas luminotérmicos

adaptados al banco de pruebas, en la ciudad de México, utilizando el Heliodón impreso 19° 00’

para calcular el porcentaje de Daylight Factor y los resultados obtenidos se describen en las

siguientes tablas:

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Tabla 01.- Las lecturas iniciales corresponden a la cantidad de iluminación sin un sistema

Luminotérmico adaptado. Se observa claramente cómo el DF va decreciendo a medida que la

distancia al vano se aleja. En el punto 1 el DF es de 76.88% y en el más alejado es

aproximadamente una cuarta parte de ese porcentaje (2.71%). Este sistema es mayor y se tomó de

referencia para los siguientes sistemas luminotérmico.

Tabla 02.- La segunda toma de lecturas corresponde al segundo sistema luminotérmico.

Con respecto a todas las lecturas es el sistema luminotérmico menos eficiente si se pretende

mantener iluminado el recinto. Teniendo como porcentaje de DF mayor de 0.54% y menor de

0.27%, en los puntos 1 y 6 respectivamente.

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Tabla 03.- En el tercer sistema luminotérmico se observa una notable mejora en la

iluminación del banco de pruebas, aunque no resulta ser el sistema con mayor porcentaje de DF

de los propuestos, 22.76% en el punto 1 y 1.66% en el punto 6.

Tabla 04.- De los mejores sistemas luminotérmico adaptado al banco de pruebas resulta

ser el cuarto con un DF mayor de 51.77% en el orificio más cercano y el más lejano con un DF

registrado de 2.41%.

Según los datos obtenidos la comparativa del Day light Factor arroja los siguientes datos: (Véase

Gráfica 1.).

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Grafica 1.0 La prueba se realizó en once sistemas de diseño de elementos para vano.

Resultados

Después de realizar varias pruebas para determinar el Daylight Factor de cada uno de los

sistemas luminotérmicos propuestos, se observa que la eficiencia va de acuerdo al diseño y

factores como la orientación de sus componentes y las aperturas que lo conformen. Se debe tener

en consideración que de acuerdo a ciertas temporadas del año es el comportamiento ante los

rayos solares de cada sistema luminotérmico, principalmente se consideran las incidencias solares

sobre las fachadas representadas con las inclinaciones de los rayos solares máximas y mínimas.

SIMULADOR DE ACUSTICA GEOMETRICA GENERADOR DE ESPACIOS

ARQUITECTONICOS [SAGGEA02]

Este simulador está diseñado principalmente para ayudar al estudiante a comprender la

difusión del sonido desde la fuente de sonido hacia el espectador, dentro de un teatro, mejorando

los siguientes aspectos;

1. El espacio debe tener la mejor inteligibilidad de la palabra posible

0.00  

5.00  

10.00  

15.00  

20.00  

25.00  

30.00  

35.00  

40.00  

45.00  

50.00  

1   2   3   4   5   6  

Sistemas Termico-Luminico

Prueba   Primer       Segundo   Tercero  

Cuarto   Quinto   Sexto   Sep@mo  

Octavo   Noveno   Decimo   Decimo  Primero  

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2. No debe contener ecos

3. Permitir la clara definición del espectro frecuencial

4. No tener completamente un ruido blanco

5. Las zonas intimas deben protegerse del sonido

6. Tener el nivel de Decibeles especificado en las normas

7. Se debe reforzar el sonido en las ultimas bancas

8. El espacio debe tener una reflexión especular de orden menor a tres

9. Mantener una reverberación baja

10. Los reflectores deben ser grandes

11. Si hay cola reverberante se debe absorber

12. Las primeras reflexiones son útiles si se encuentran en el primer 1/20 seg.

13. Permitir el correcto uso de megafonía [si existe]

Para lo cual se diseñó un prototipo de material didáctico para el correcto diseño de estos

espacios enfocados en los techos acústicos equipotenciales.

Figura 2.0.- Se puede observar el radio de giro de los tres principales techos y del sistema laser

marcado como fuente sonora.

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Imagen 2.1.- Tomando el segundo techo a diseñar se proyecta la imagen de la fuente sonora.

Para su mejor aplicación se realizó un modelo en 3D seguido de las partes y detalle para

poder armar el prototipo.

Imagen 2.2.- e Imagen 2.3.- Modelado 3D del simulador te acústica.

Discusión y Conclusiones

Retomando los objetivos de aclarar los conceptos básicos de la acústica geométrica, es de

importancia señalar que, al referirse de acústica, no solo se va tratar del acondicionamiento, sino

que al mismo tiempo se estudia parte de la asignatura pendiente dentro de la construcción; el

aislamiento, los modos de construir están en constante cambio y han generado importantes

problemas de transmisión acústica, que están por resolver, con esta premisa este verano el

resultado que presento es la premisa de ofrecer soluciones para evitar la transmisión del sonido

aéreo o por impacto, pero sin duda la entrada a vigor de normativas de obligado cumplimiento la

que transformé la realidad sonora de la arquitectura actual.

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Agradecimientos

A la Universidad Autónoma de Guerrero por el apoyo brindado a sus estudiantes participando

en programas de verano. Siempre será una oportunidad priorizar la formación práctica y de

investigación en otros centros de investigación. Al Dr. Ricardo Aguayo Gonzáles Asesor-

Investigador del Tecnológico de Monterrey, Campus Ciudad de México por su apoyo en el desarrollo

del proyecto y por brindarnos sus conocimientos en Acústica Geométrica. A mis compañeros de

verano por la oportunidad de permitirme compartir y generar nuevos conocimientos desde diferentes

perspectivas.

Referencias

o Carrión Isbert A. (1998), Diseño Acústico de Espacios Arquitectónicos, España, UPC

o Madan Mehta (1999), Arquitectural Acoustics; Principles and Design. Inlgaterra, Prentice

– Hall professional technical reference.

o Peters Brady (2010), Manufacturing parametric acustic surfaces, Inglaterra, E. Blurb.

o Arau Higini(2002), La inmaterialidad cretiva del sonido, Madrid, ATC Ediciones.

o Francesc Daumal i D. (1995). La arquitectura del sonido, España, Tectónica 14. ATC E.