Propiedades acústica del caucho granular

Resumen

El estudio origen de esta tesis surrge de la necesidad de encontrar materiales acústicos absorbentes, alternativos a los fibrosos tradicionales, para su utilización en exteriores. Otro tema de interés consiste en la reutilización de neumáticos fuera de uso, agentes contaminantes de primer orden. De la combinación de ambos aspectos surgió la idea de reutilizar este tipo de neumáticos con este propósito. Por tanto, el objetivo fundamental de esta tesis consiste en el análisis, tanto empírico como teórico, de las características del caucho procedente de los neumáticos fuera de uso como material absorbente acústico, y en el desarrollo de nuevas aplicaciones acústicas para su uso en exteriores. Para la obtención de tal fin, se parte de un triturado más o menos fino del caucho, que lo convierte en un material granular con la posibilidad de obtener muestras de granulometrías y distribución de tamaño de partículas controladas. El análisis teórico de este material debe, por tanto, asentarse en los conocimientos existentes sobre medios porosos y, por ello, se comienza con una descripción del origen y la situación actual de las teorías físicas que explican la fenomenología de la absorción acústica en estructuras porosas granulares, tema de completa actualidad. Además, se describen los aspectos generales sobre la absorción acústica de una capa de este tipo de material, seleccionando un modelo analítico que explique la disipación de una onda en este medio. Este análisis pone de manifiesto la necesidad de conocer las propiedades físicas inherentes a la estructura interna del material. Éstas son: resistividad al flujo de aire, porosidad y tortuosidad. Dichos parámetros deben ser medidos y, por ello, fue necesario diseñar y construir un laboratorio con los dispositivos y técnicas apropiadas a tal fin. Mención aparte merece el cálculo de la absorción acústica de este tipo de materiales. Junto al desarrollo de modelos matemáticos de predicción es imprescindible la realización de ensayos experimentales, cuyos resultados demostraron las buenas propiedades de la granza de caucho como absorbente acústico. Estos primeros ensayos permitieron, en primer lugar, comprobar la influencia del tamaño de grano en el grado de absorción acústica de las muestras. Posteriormente, por medio de estas mediciones experimentales, se validó el modelo teórico, explicando a través de él los fenómenos disipativos (viscoso y térmicos) que tienen lugar en el interior de la estructura, comparándolos con el comportamiento de los materiales absorbentes tradicionales de tipo fibroso. Continuando con el estudio y combinando teoría y experimentación, se ha podido analÍ2ar además la influencia del espesor de la muestra en la absorción acústica de los materiales porosos y comprobar la existencia de un espesor límite por encima del cual un aumento del mismo no conduce a una mejora de las propiedades acústicas. El trabajo también plantea una serie de soluciones, apoyadas en sencillos algoritmos matemáticos, que permiten optimizar la absorción acústica por medio de perfiles geométricos sin necesidad de aumentar el volumen de material empleado. Todo ello es de vital importancia en la fase de diseño de dispositivos en los que no sólo es importante el material utilizado, sino la optimizadón de su geometría así como la cantidad de materia prima utilizada. El resultado de este trabajo se plasma en un dispositivo capaz de aprovechar las condiciones del caucho granular, tanto acústicas como de inalterabilidad en el tiempo y frente a agentes climáticos, para su empleo finalista como material absorbente acústico de barreras antiruido. Asimismo, se ofrece un conjunto de herramientas, tanto teóricas como analíticas, capaces de profundizar en los mecanismos de absorción de los materiales granulares y asentar las bases para futuras investigaciones en materiales de este tipo