Análisis de la propagación de ondas acústicas en tallos cilíndricos de espinacas

Abstract

El presente trabajo de tesis se enfocó en el desarrollo de un método teórico-experimental para determinar las propiedades acústicas de tallos de espinaca. Se usó un modelo teórico donde las espinacas fueron tomadas como tubos cilíndricos. Además, se desarrolló un montaje experimental, en donde se aplicaron ondas acústicas de diferentes frecuencias (de 200 a 20000 Hz) por un extremo del tallo y por el otro extremo se midió la intensidad de las ondas propagadas con un micrófono. La obtención automatizada y el procesado de las señales se llevó a cabo con los softwares LabVIEW y Mathematica, respectivamente. Para validar el método, se llevaron a cabo mediciones de las frecuencias de resonancia, la frecuencia fundamental y los armónicos presentes en tres tubos metálicos con diferentes longitudes y el mismo diámetro (1 cm). Los valores obtenidos experimentalmente para la curva de potencia acústica transmitida de los tubos metálicos coincidieron con los cálculos teóricos de las frecuencias de resonancia acústica. Adicionalmente, se pudo obtener la curva de potencia acústica transmitida de los tallos de espinaca, cumpliendo así con el objetivo principal de esta investigación. Se demostró que los tallos de espinaca tienen un comportamiento acústico similar al de los tubos cilíndricos, ya que los valores teóricos y experimentales de las frecuencias de resonancia, (frecuencia fundamental y armónicos) concuerdan. Finalmente, se obtuvieron imágenes por microscopía estereoscópica para examinar la morfología de los tallos de espinaca durante periodos de tiempo. Estos resultados proporcionan información adicional sobre la estructura de los tallos y su posible relación con las propiedades acústicas observadas.

The present thesis focused on the development of a theoretical-experimental method to determine the acoustic properties of spinach stems. A theoretical model was used, considering the spinach stems as cylindrical tubes. Additionally, an experimental setup was developed, where acoustic waves of different frequencies (ranging from 200 to 20,000 Hz) were applied to one end of the stem, and the intensity of the propagated waves was measured at the other end using a microphone. Automated signal acquisition and processing were performed using LabVIEW and Mathematica software, respectively. To validate the method, measurements were conducted on the resonance frequencies, fundamental frequency, and harmonics present in three metallic tubes with different lengths but the same diameter (1 cm). The experimentally obtained values for the transmitted acoustic power curve of the metallic tubes matched the theoretical calculations of the acoustic resonance frequencies. Furthermore, the transmitted acoustic power curve of the spinach stems was successfully obtained, fulfilling the main objective of this research. It was demonstrated that spinach stems exhibit similar acoustic behavior to cylindrical tubes, as the theoretical and experimental values of resonance frequencies (fundamental frequency and harmonics) coincide. Finally, stereoscopic microscopy images were obtained to examine the morphology of the spinach stems over time. These results provide additional information about the structure of the stems and their possible relationship with the observed acoustic properties.