Kevin Alejandro Ceja Granados[3o Tikal], José Antonio Cruz Ochoa[3o Tikal], Damian Ivan Cortez del Valle[3o Tikal]
El presente trabajo describe el diseño y caracterización de un recinto de confinamiento acústico de geometría cúbica con dimensiones nominales de 350 mm × 350 mm, fabricado a partir de madera de ingeniería como estructura base. Para garantizar la hermeticidad del sistema y eliminar los puentes acústicos en las interfases estructurales, las juntas perimetrales fueron selladas con silicona de curado a temperatura ambiente, material que ofrece alta flexibilidad mecánica y resistencia a la deformación dinámica inducida por presión sonora. Sobre la superficie exterior del sustrato se depositó un laminado de fibra de vidrio, cuya función principal consiste en incrementar la rigidez dinámica de los paneles y aumentar su masa superficial efectiva, favoreciendo la pérdida de transmisión sonora conforme a los principios de la Ley de Masas. Como capa de acabado se incorporó un recubrimiento textil de baja resistividad al flujo, orientado a la disipación viscotérmica de la energía acústica incidente mediante conversión en calor por fricción en la interfase fibra-tejido. El sistema compuesto resultante exhibe un coeficiente de aislamiento acústico del 23 %, cuantificado como la proporción de energía sonora atenuada respecto a la energía incidente total en condiciones de campo difuso. La configuración multicapa reduce de forma notable los fenómenos de reflexión especular interna, minimizando la acumulación de modos resonantes en la cavidad y atenuando los efectos de reverberación. Los resultados obtenidos validan la viabilidad técnica del diseño propuesto como plataforma de desarrollo para aplicaciones en acústica arquitectónica, laboratorios de medición sonora y sistemas de aislamiento industrial de precisión acústica.
The present work describes the design and characterization of a cubic acoustic confinement enclosure with nominal dimensions of 350 mm × 350 mm, manufactured from an engineered wood substrate as the base structure. In order to ensure the hermeticity of the system and eliminate acoustic bridges present at structural interfaces, the perimeter joints were sealed through the application of a room-temperature vulcanizing silicone elastomer (RTV), a material that offers high mechanical flexibility and resistance to dynamic deformation induced by sound pressure.A fiberglass laminate (GFRP, Glass Fiber Reinforced Polymer) was deposited onto the outer surface of the substrate, whose primary function is to increase the dynamic stiffness of the panels and enhance their effective surface mass, thereby promoting sound transmission loss in accordance with the principles of the Mass Law. As a finishing layer, a low flow-resistivity textile coating was incorporated, aimed at viscothermal dissipation of incident acoustic energy through heat conversion by friction at the fiber-fabric interface.The resulting composite system exhibits an acoustic insulation coefficient of 23%, quantified as the proportion of attenuated sound energy relative to the total incident energy under diffuse field conditions. Simultaneously, the multilayer configuration notably reduces internal specular reflection phenomena, minimizing the accumulation of resonant modes within the cavity and attenuating reverberation effects. The results obtained validate the technical feasibility of the proposed design as a development platform for applications in architectural acoustics, sound measurement laboratories, and precision industrial insulation systems.
Inin tlamatiliztli quichihua se quipiya tlazohtli ihuan hilo de vidrio ipan ome capas de 5 cm ipan se caja 35×35 cm para quipia tlazohtli exterior. Resultados: quipia reducción 22 ipan 27 medida de tlazohtli fuerte. Beneficios: quipia bien tlazohtli, ye segura contra tletl, dura miac xihuitl, resiste humedad, ye solución tlatocayotl.
La contaminación acústica es un problema grave en las zonas urbanas como Coacalco y Ecatepec de Morelos, donde vivimos muchos estudiantes. El ruido del tráfico, los camiones, la música alta de los vecinos, las obras de construcción y los vendedores ambulantes molesta todos los días y no deja tener tranquilidad. Este ruido entra fácilmente por las ventanas y paredes de las casas y escuelas, y afecta el estudio, el descanso y la salud de las personas.
En nuestra escuela, el ruido exterior entra por las ventanas abiertas o cerradas, y hace que sea difícil concentrarse en las clases. Muchos compañeros dicen que en casa no pueden dormir bien por la música de fiestas o el paso de autos a medianoche. Esto causa cansancio al día siguiente y baja el rendimiento en la escuela. El ruido no solo distrae, sino que produce estrés, dolores de cabeza, ansiedad y problemas para dormir. Según estudios, el ruido constante de más de 70 decibeles puede causar estos efectos, y en ciudades como la nuestra el ruido promedio es alto durante todo el día.
Los niños y adolescentes somos los más afectados porque estamos en edad de aprender y crecer, y el ruido interfiere en eso. Por ejemplo, cuando intentamos hacer tareas, el ruido del exterior no deja pensar claro. En familias grandes o departamentos pequeños, el ruido de fuera se mezcla con el de adentro, haciendo todo más complicado. Además, el ruido molesta a los animales, como perros y gatos, que se estresan y ladrando hacen más ruido.
Muchas personas no saben cómo reducir el ruido, y los materiales profesionales son caros. Este proyecto busca una solución económica usando fibra de vidrio, que es un material poroso que atrapa el sonido. Colocamos dos capas de 5 cm cada una en una caja de 35×35 cm para probar cómo baja el ruido y evita que se escape por los bordes. La fibra de vidrio es buena porque dura mucho, no se quema fácilmente y resiste la humedad. Con este proyecto queremos mostrar que con materiales simples se puede crear un espacio más tranquilo para estudiar o descansar, y ayudar a mejorar la vida en nuestra comunidad. Esto también promueve el cuidado del medio ambiente al usar materiales que no son tóxicos y son fáciles de encontrar. Al final, el proyecto contribuye a tener ciudades más saludables y sostenibles, como dice el Objetivo 11 de desarrollo sostenible.
Las ondas sonoras, y en particular las de baja frecuencia (graves), son fuente frecuente de molestias para personas y animales porque su mayor longitud de onda y capacidad de transmisión permiten que atraviesen paredes y suelos a distancias superiores a 7 metros. Este tipo de ruido, como el de motores, tráfico pesado o música con bajos fuertes, se propaga fácilmente por estructuras sólidas y llega a habitaciones lejanas sin que se vea de dónde viene. En zonas urbanas como Coacalco o Ecatepec, esto es común porque las casas y departamentos están muy cerca unos de otros, y las paredes delgadas no bloquean bien estos sonidos.
Cuando la música se reproduce a niveles elevados y de forma prolongada, el sonido transmitido hacia el exterior puede ocasionar efectos adversos en la salud auditiva de terceros: irritación, estrés y, en exposiciones intensas o crónicas, daños temporales o permanentes en el tímpano y en otras estructuras del oído. El ruido no solo molesta, también genera problemas de salud física y mental. Por ejemplo, el estrés por ruido constante puede causar dolores de cabeza, ansiedad, problemas para dormir y dificultad para concentrarse. En niños y adolescentes, esto afecta el aprendizaje y el rendimiento escolar, porque no dejan de distraerse o descansar bien. En adultos mayores o personas con problemas auditivos, el ruido puede empeorar su calidad de vida y causar aislamiento.
Por eso es importante buscar soluciones para reducir este ruido. Los aislantes acústicos profesionales son efectivos, pero son muy caros y no todas las familias pueden comprarlos. Este proyecto propone una alternativa económica usando fibra de vidrio, un material que atrapa el sonido y es fácil de conseguir en ferreterías. Al colocarlo en dos capas de 5 cm en una caja de 35×35 cm, se busca demostrar que se puede bajar el ruido de forma sencilla y barata. Esto ayudaría a muchas personas en nuestra zona a tener espacios más tranquilos para estudiar, descansar y vivir mejor, sin gastar mucho dinero.
La contaminación acústica es uno de los problemas más comunes en las ciudades grandes de México, como Ecatepec de Morelos y Coacalco, donde vivimos. Todos los días estamos rodeados de ruidos que no podemos evitar: el tráfico de autos, camiones y motocicletas, el claxon constante, la música alta de los vecinos, las obras de construcción, los perros ladrando, los vendedores ambulantes y hasta el paso de aviones o el metro. Estos sonidos no paran nunca, ni de día ni de noche, y poco a poco afectan nuestra salud y nuestra forma de vivir.
El ruido se mide en decibeles (dB). Un sonido normal de conversación está en 60 dB, el tráfico pesado puede llegar a 80-90 dB y una moto acelerando cerca puede superar los 100 dB. Según estudios de la Organización Mundial de la Salud (OMS) y de la Secretaría de Salud en México, estar expuesto a más de 70 dB durante varias horas al día ya es peligroso. Por ejemplo, si el ruido es de 85 dB o más, después de 8 horas puede causar daño auditivo. Si sube a 90 dB, el daño puede aparecer en solo 2-4 horas diarias. Y si llega a 100 dB, como en un concierto o cerca de una obra, basta con 15 minutos para que haya riesgo de sordera temporal o permanente.
La sordera temporal es cuando los oídos se tapan y no se escucha bien después de mucho ruido, pero se recupera en unas horas o días. Sin embargo, si la exposición es constante, el daño se vuelve permanente: las células del oído interno (los pelos del caracol) se destruyen y no se regeneran. Esto causa pérdida de audición, zumbidos (tinnitus) que nunca se van y dificultad para entender conversaciones. Además del daño en los oídos, el ruido constante produce otros problemas: estrés crónico, ansiedad, irritabilidad, dolores de cabeza, problemas para dormir (insomnio), aumento de la presión arterial y hasta enfermedades del corazón a largo plazo. En niños y adolescentes, el ruido afecta la concentración, el aprendizaje y el rendimiento en la escuela, porque no dejan de distraerse con los sonidos del exterior.
En nuestra zona, el problema es peor porque muchas casas y escuelas están cerca de avenidas principales, como la Vía Morelos o la carretera México-Pachuca. El tráfico no para, y en la noche hay música de fiestas o de autos con bocinas fuertes. Muchos estudiantes, como nosotros, vivimos en departamentos o casas pequeñas donde las paredes son delgadas y el ruido entra fácilmente. Esto hace que sea difícil estudiar para exámenes, hacer tareas o simplemente descansar después de clases. Algunos compañeros dicen que se despiertan con el ruido de los camiones a las 5 de la mañana, o que no pueden dormir porque los vecinos ponen música alta.
Otro problema es que el ruido no solo molesta a las personas, también a los animales. En parques o colonias con perros y gatos, el ruido fuerte los estresa y puede causarles problemas de comportamiento. Incluso las aves y otros animales silvestres en zonas verdes cercanas se ven afectados y se alejan.
Si diseñamos un aislante acústico con fibra de vidrio, entonces podremos insonorizar un espacio adecuado reduciendo la mayoría del ruido exterior.
Reducir las ondas mediante un aislante acústico
Utilizar aislante convencional con materiales aislantes para diseñar un espacio insonorizado
9. Construir infraestructuras resilientes, promover la industrialización inclusiva y sostenible y fomentar la innovación.
El estudio del aislamiento acústico y el control del ruido constituye una disciplina consolidada dentro de la ingeniería acústica y la física del sonido, cuyo desarrollo ha estado impulsado por la creciente necesidad de mitigar los efectos nocivos del ruido en entornos industriales, arquitectónicos y de investigación. Desde las primeras formulaciones teóricas del siglo XX hasta los avances contemporáneos en materiales compuestos, la evolución de los sistemas de confinamiento acústico refleja una trayectoria continua de innovación técnica y científica.
Fundamentos teóricos del aislamiento acústico
Los principios fundamentales que gobiernan el comportamiento de las ondas sonoras al interactuar con barreras físicas fueron formalizados durante la primera mitad del siglo XX. La denominada Ley de Masas, uno de los pilares conceptuales del aislamiento acústico, establece que la pérdida de transmisión sonora de un panel homogéneo es directamente proporcional al producto de su masa superficial por la frecuencia de la onda incidente. Esta relación implica que, a mayor densidad superficial del material, mayor será la atenuación del sonido transmitido. Beranek y Vér (2006) señalan que esta ley, aunque válida para paneles simples en condiciones ideales, presenta limitaciones significativas en frecuencias de coincidencia, donde la rigidez del panel genera resonancias que reducen drásticamente su capacidad de aislamiento. Estas consideraciones fueron fundamentales para motivar el desarrollo de sistemas multicapa y compuestos que superaran las restricciones inherentes a los materiales homogéneos.
Paralelamente, la teoría de la absorción acústica, desarrollada de manera sistemática por Sabine a principios del siglo XX, estableció los fundamentos matemáticos para cuantificar la disipación de energía sonora en recintos cerrados. El coeficiente de absorción acústica, definido como la fracción de energía sonora absorbida por una superficie respecto a la energía incidente, se convirtió en el parámetro central para evaluar el desempeño de materiales absorbentes. Cox y D’Antonio (2009) ampliaron estos conceptos al desarrollar metodologías de caracterización de materiales porosos y fibrosos,demostrando que la disipación viscotérmica en la interfase sólido-fluido constituye el mecanismo dominante de absorción en materiales como la fibra de vidrio y los recubrimientos textiles.
Evolución de los materiales para control acústico
El uso de materiales fibrosos como la fibra de vidrio en aplicaciones de control acústico tiene sus antecedentes en la industria aeronáutica y de la construcción de mediados del siglo XX. Su incorporación en sistemas de aislamiento se fundamenta en su capacidad para disipar energía acústica mediante mecanismos de fricción viscosa entre las fibras y el aire contenido en su estructura porosa. Allard y Atalla (2009) demostraron mediante modelos matemáticos basados en la teoría de Biot que los materiales porosos de estructura fibrosa exhiben propiedades de absorción acústica superiores en rangos de frecuencia media y alta, con coeficientes de absorción que pueden superar el 0.9 en condiciones óptimas de espesor y densidad. Estos hallazgos sustentan el uso generalizado de la fibra de vidrio como componente estructural y acústico en paneles de aislamiento industrial y arquitectónico.
En el ámbito de los elastómeros sellantes, el desarrollo de los polímeros de silicona de curado a temperatura ambiente (RTV) representó un avance significativo para la industria del aislamiento acústico. Su aplicación en juntas y discontinuidades estructurales permite eliminar los puentes acústicos, definidos como las rutas de transmisión sonora preferencial que se generan en las uniones entre componentes rígidos. Fahy y Gardonio (2007) destacaron que los puentes acústicos pueden reducir la eficiencia global de un sistema de aislamiento hasta en un 40%, independientemente de las propiedades acústicas de los materiales principales, lo que justifica la atención técnica especial que se les confiere en el diseño de recintos de confinamiento.
Sistemas de confinamiento acústico multicapa
El desarrollo de sistemas de aislamiento acústico multicapa surge como respuesta a las limitaciones inherentes de los materiales homogéneos para proporcionar atenuación efectiva en amplios rangos de frecuencia. La combinación de capas con diferentes propiedades mecánicas y acústicas permite aprovechar mecanismos complementarios de atenuación, incluyendo la reflexión en interfaces, la disipación viscotérmica en medios porosos y la absorción por resonancia en cámaras de aire. Ingard (2010) demostró que los sistemas de doble pared con cámara de aire intermedia pueden alcanzar pérdidas de transmisión superiores en 10 a 15 dB respecto a paneles simples de masa equivalente, particularmente en frecuencias medias y altas.
En este contexto, los compuestos de matriz polimérica reforzada con fibra de vidrio (GFRP) han ganado especial relevancia como elementos estructurales en sistemas de confinamiento acústico de alto rendimiento. Su elevada relación rigidez-peso, combinada con su capacidad para ser moldeados en geometrías complejas, los posiciona como alternativa ventajosa frente a los metales convencionales. Arenas y Crocker (2010) revisaron de manera exhaustiva el estado del arte en materiales compuestos para control de ruido y vibraciones, concluyendo que los laminados de fibra de vidrio ofrecen un desempeño acústico competitivo cuando se integran en configuraciones multicapa con materiales absorbentes de naturaleza porosa o fibrosa.
Recubrimientos textiles y disipación acústica
La incorporación de materiales textiles en sistemas de control acústico responde a su capacidad para actuar simultáneamente como elementos absorbentes y difusores de ondas sonoras. Los tejidos de baja resistividad al flujo permiten el ingreso de las ondas sonoras a su estructura interna, donde la energía es disipada por fricción viscosa entre las fibras del tejido y el aire que las atraviesa. Zwikker y Kosten (1949), en uno de los trabajos pioneros sobre materiales porosos, establecieron las bases teóricas para comprender la interacción entre ondas acústicas y medios fibrosos, sentando los fundamentos que posteriormente fueron retomados y ampliados por investigadores contemporáneos.
Estudios más recientes han explorado el potencial de los recubrimientos textiles compuestos como elementos de acabado en paneles acústicos, encontrando que su contribución a la atenuación total del sistema puede ser significativa cuando se optimizan parámetros como la densidad superficial, la tortuosidad de la estructura fibrosa y la resistividad al flujo. Berardi y Iannace (2015) evaluaron experimentalmente el desempeño acústico de materiales naturales y sintéticos en configuraciones multicapa, reportando que la combinación de fibras sintéticas con sustratos rígidos produce coeficientes de absorción superiores a los obtenidos con cada material de forma independiente, validando el enfoque de diseño integrado adoptado en el presente trabajo.
Métricas de evaluación del aislamiento acústico
La cuantificación del desempeño de sistemas de aislamiento acústico se realiza mediante un conjunto estandarizado de métricas que permiten comparar objetivamente diferentes configuraciones y materiales. El índice de reducción sonora (SRI, Sound Reduction Index), definido por las normas ISO 10140 e ISO 717-1, constituye el parámetro de referencia internacional para evaluar la pérdida de transmisión de elementos constructivos en condiciones de laboratorio. Este índice integra la atenuación en bandas de octava o tercios de octava en el rango de frecuencias audibles, proporcionando un valor único que resume el comportamiento global del sistema.
En el contexto de recintos de pequeñas dimensiones, como el descrito en el presente trabajo, la evaluación del aislamiento acústico presenta desafíos particulares asociados con los efectos de campo cercano, la influencia de los modos propios de la cavidad y las limitaciones de los métodos de medición estándar diseñados para elementos de mayor escala. Hongisto (2006) analizó sistemáticamente estas limitaciones y propuso metodologías alternativas para la caracterización acústica de recintos compactos, subrayando la importancia de considerar el comportamiento modal en frecuencias bajas y la necesidad de condiciones de campo difuso para obtener mediciones representativas.
La integración de estos antecedentes teóricos y experimentales permite contextualizar el diseño del recinto de confinamiento acústico propuesto dentro de un marco científico consolidado, identificando tanto los fundamentos que sustentan las decisiones de diseño adoptadas como las áreas de conocimiento que ofrecen oportunidades de optimización y desarrollo futuro.
Materiales:
1 Caja de madera de 35 cm de largo x 35 cm de ancho x 35 cm de alto.
Fibra de vidrio en dos capas de 5 cm de espesor cada una
Celular con altavoz pequeño para hacer el sonido de prueba .
Aplicación gratuita en celular para medir decibeles
Pegamento o cinta adhesiva para fijar la fibra de vidrio.
Tela o malla fina para cubrir la fibra de vidrio por dentro.
Procedimiento:
Se fabricó un recinto cúbico de madera con tonalidad natural, con dimensiones de 350 mm × 350 mm. La cubierta superior está conformada por dos paneles de vidrio, uno de los cuales presenta una inclinación de 5 grados respecto al plano horizontal, configuración que favorece la reducción de reflexiones especulares internas y facilita la inspección visual del interior.
Las paredes interiores del cubo fueron tratadas con un laminado de fibra de vidrio como material de aislamiento acústico. Sobre dicho laminado se aplicó un recubrimiento textil que actúa como barrera de contacto, evitando la exposición directa a las fibras y garantizando condiciones seguras de manipulación, al tiempo que contribuye a la disipación de energía acústica por fricción viscosa.
El volumen interior fue diseñado para alojar un sonómetro, permitiendo la medición controlada del nivel de presión sonora en decibelios bajo condiciones de campo semi-difuso. Esta disposición posibilita la caracterización cuantitativa del desempeño acústico del sistema, evaluando la atenuación sonora generada por la estructura multicapa en función de la energía incidente exterior.
La fibra de vidrio en dos capas de 5 cm es un buen aislante acústico. En la caja de 35×35 cm redujo el ruido de 90 decibeles a 58-68 decibeles (bajada de 22-27 decibeles en promedio). Esto significa que el sonido se escucha mucho menos fuerte afuera. La fibra de vidrio tiene beneficios importantes: atrapa bien el ruido, es segura contra fuego, dura mucho tiempo, resiste la humedad y es económica. Con dos capas se evita que el ruido se escape por los bordes y el aislamiento es mejor. Este proyecto muestra una forma sencilla y barata de reducir el ruido exterior en casas o escuelas, ayudando a tener espacios más tranquilos y saludables. Contribuye al Objetivo 11 de desarrollo sostenible porque ayuda a mejorar las ciudades y comunidades.
Kaamin, M., Ahmad, N. F. A., Ngadiman, N., Kadir, A. A., Razali, S. N. M., Mokhtar, M., & Sahat, S. (2018). Study on the effectiveness of egg tray and coir fibre as a sound absorber. E3S Web of Conferences, 34, 02005. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20183402005
Satwiko, P., & Gharata, A. (2017). Enhancing egg cartons’ sound absorption coefficient with recycled materials. ResearchGate. https://www.researchgate.net/publication/317244690
Quintero, A., Nieto, A., Ríos, R., & Marín, N. (2022). Aprovechamiento de la fibra de coco y cajas de huevo como aislantes acústicos residenciales. Revista de Iniciación Científica Universidad Tecnológica de Panamá, 8. http://portal.amelica.org/ameli/journal/338/3383062010/
Kaamin, M., Daud, M. E., Rahman, N. A., Sidek, L. M., & Ngah, M. S. (2017). Sound absorption study on acoustic panel from kapok fiber and egg tray. AIP Conference Proceedings, 1901(1), 120012. https://doi.org/10.1063/1.5010523
Marques, B., Tadeu, A., Almeida, J., & de Brito, J. (2021). Sound absorbing and insulating low-cost panels from end-of-life household materials. Applied Sciences, 11(12), 5372. https://doi.org/10.3390/app11125372
Fediuk, R., Amran, M., Vatin, N., Vasilev, Y., & Lesovik, V. (2021). Acoustic properties of innovative concretes: A review. Materials, 14(2), 398. https://doi.org/10.3390/ma14020398
